لیزر فیبری با میدان بزرگ (Large-Mode-Area Fiber Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر فیبری با میدان بزرگ (Large-Mode-Area Fiber Laser) :
Large-Mode-Area (LMA) Fiber Laser به لیزر فیبری اطلاق می شود که در آن مساحت موثر مد (Mode Area) در هسته فیبر به طور قابل توجهی بزرگتر از فیبرهای استاندارد تک حالته است (معمولا > ۲۰۰ μm²). این کار با افزایش قطر هسته (تا ۲۰-۵۰ میکرون) و کاهش اختلاف ضریب شکست هسته-غلاف انجام می شود تا همچنان تک حالته بودن (یا چندحالته بودن کنترل شده) حفظ شود. هدف اصلی کاهش چگالی توان در هسته و در نتیجه کاهش اثرات غیرخطی مانند رامان، بریلوئن، و خود-مدولاسیون فاز است.
در فیبرهای LMA، هرچند قطر هسته بزرگتر است، اما با طراحی دقیق پروفایل ضریب شکست، می توان اطمینان حاصل کرد که تنها مد پایه (LP₀₁) دارای بهره خالص مثبت است و مدهای مرتبه بالا (HOMs) تلفات بالایی دارند. این کار با استفاده از فیبرهای با توری های بلߚا (fiber with depressed cladding) یا طراحی حلقه ای (ring-doped) انجام می شود. همچنین می توان از فیبرهای چندحالته با هسته بزرگ استفاده کرد اما با تکنیک های کنترل مد (مانند کویل کردن فیبر) مدهای بالاتر را حذف کرد.
لیزرهای فیبری LMA در کاربردهایی که نیاز به توان بالا (چند صد وات تا چند کیلووات) یا انرژی پالسی بالا (میلی ژول) همراه با کیفیت پرتو خوب دارند، استفاده می شوند. این شامل لیزرهای صنعتی توان بالا برای برش و جوشکاری، لیزرهای پالسی Q-switched با انرژی بالا، و لیزرهای فوق کوتاه (قفل مدی) با توان پیک بالا می شود. همچنین در تقویت کننده های فیبری برای سیستم های LIDAR و سنجش از دور کاربرد دارند.
چالش های اصلی در طراحی و ساخت فیبرهای LMA، حفظ تک حالته بودن (یا کنترل مدها) در عین افزایش سطح مقطع است. با افزایش قطر هسته، فیبر به سمت چندحالته شدن می رود و مدهای مرتبه بالا می توانند نوسان کنند. این مدها کیفیت پرتو را کاهش می دهند و می توانند باعث ناپایداری شوند. برای غلبه بر این مشکل، از تکنیک هایی مانند فیبرهای مخروطی (tapered fibers)، فیبرهای فوتونیک کریستال با هسته بزرگ (LMA-PCF)، و فیبرهای با طراحی پیچ خورده (coiled fibers) استفاده می شود. همچنین کنترل دقیق فرایند ساخت برای ایجاد پروفایل ضریب شکست مطلوب ضروری است. فیبرهای LMA یکی از کلیدی ترین نوآوری ها برای افزایش توان لیزرهای فیبری بوده اند.
