En los láseres de fibra de alta potencia, claves en aplicaciones médicas, industriales y científicas, el diseño de la fibra centro y revestimiento Las dimensiones son fundamentales. Estos parámetros estructurales determinan la capacidad de potencia, la calidad del haz, la eficiencia y el rendimiento térmico. A continuación, se explica cómo.

Diámetro del núcleo: manejo de potencia vs. calidad del haz

Aumento del umbral de potencia y reducción de los efectos no lineales
El agrandamiento del núcleo de la fibra reduce la intensidad óptica, elevando el umbral de daño y suprimiendo efectos no lineales como la dispersión Brillouin estimulada y Raman, cruciales para el escalado de potencia. Los láseres modernos utilizan núcleos más grandes para alcanzar regímenes de kilovatios.

Compensación: Propagación multimodo
Sin embargo, los núcleos más grandes suelen admitir múltiples modos, lo que reduce la calidad del haz. Por el contrario, fibras monomodo con diámetros de núcleo de alrededor de 8–10 µm y revestimiento de ~125 µm, se conservan perfiles de haz limpios, aunque con capacidades de potencia restringidas.

Diseño de revestimiento: eficiencia de la bomba y gestión térmica

Fibras de doble revestimiento para un bombeo eficiente
Uso de láseres de alta potencia fibras de doble revestimiento , donde un revestimiento interior Guía la luz de bombeo (de fuentes de menor brillo) alrededor de un núcleo dopado. Esta arquitectura permite un bombeo eficiente del revestimiento, lo que permite altas potencias de salida manteniendo la calidad del haz.

La forma del revestimiento importa
Las formas no circulares del revestimiento interior (p. ej., descentradas o rectangulares) mejoran la absorción de la bomba al dirigir la luz con mayor precisión a través del núcleo. Los revestimientos circulares tienden a desperdiciar la luz de la bomba al permitir que muchos rayos pasen por alto el núcleo.

Compensaciones en el tamaño del revestimiento
Un revestimiento más grande permite acoplar una mayor potencia de bombeo, pero la eficiencia de absorción disminuye con el cuadrado del diámetro del revestimiento, lo que requiere fibras más largas, lo que puede generar efectos no lineales. Los diseñadores deben encontrar un equilibrio entre estas ventajas y desventajas.

Diseños avanzados de fibra: LMA y estructuras cónicas

Fibras de área de modo grande (LMA)
Las fibras LMA aumentan el diámetro del núcleo y mantienen su funcionamiento monomodo mediante la reducción de la apertura numérica o el empleo de técnicas de supresión de modo (como la ingeniería de índice de refracción o el bobinado). Este diseño permite una alta potencia de salida con una calidad de haz limitada por la difracción.

Fibras cónicas de doble revestimiento (T-DCF)
Las estructuras T-DCF se adaptan fluidamente a lo largo de la fibra desde un núcleo estrecho hasta un extremo multimodo ancho. La luz que entra en monomodo por el extremo estrecho permanece en el modo fundamental incluso en el extremo ancho, combinando una alta calidad de haz con una mayor capacidad de potencia.

Ejemplos que marcan récords
Algunas fibras cónicas presentan diámetros de núcleo de hasta 200 µm con una apertura numérica de ~0,11, lo que permite una amplificación sin distorsión de pulsos de 60 ps con alta energía de pico.

Resumen de un vistazo

Conclusión final

La delicada interacción entre las dimensiones del núcleo y el revestimiento, combinada con una inteligente ingeniería geométrica y de índice de refracción, impulsa la evolución de los láseres de fibra. Diseños como las fibras LMA y T-DCF permiten a los láseres alcanzar una potencia sin precedentes manteniendo la pureza del haz, allanando el camino para dispositivos médicos avanzados, instrumentación de precisión y mucho más.