उच्च शक्ति वाले फाइबर लेज़रों में - जो चिकित्सा, औद्योगिक और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हैं - फाइबर के डिज़ाइन मुख्य और आवरण आयाम महत्वपूर्ण हैं। ये संरचनात्मक पैरामीटर पावर हैंडलिंग, बीम क्वालिटी, दक्षता और थर्मल परफॉर्मेंस को नियंत्रित करते हैं। आइए जानें कैसे।

कोर व्यास: पावर हैंडलिंग बनाम बीम गुणवत्ता

बढ़ी हुई शक्ति सीमा और कम गैर-रेखीय प्रभाव
फाइबर कोर को बड़ा करने से प्रकाशीय तीव्रता कम हो जाती है, क्षति की सीमा बढ़ जाती है और उत्तेजित ब्रिलॉइन और रमन प्रकीर्णन जैसे अरैखिक प्रभाव कम हो जाते हैं—जो शक्ति स्केलिंग के लिए महत्वपूर्ण हैं। आधुनिक लेज़र किलोवाट रेंज में जाने के लिए बड़े कोर का लाभ उठाते हैं।

ट्रेड-ऑफ़: मल्टीमोड प्रसार
हालाँकि, बड़े कोर अक्सर कई मोड का समर्थन करते हैं, जिससे बीम की गुणवत्ता कम हो जाती है। एकल-मोड फाइबर लगभग 8-10 µm के कोर व्यास और ~125 µm की क्लैडिंग, सीमित शक्ति क्षमता पर भी स्वच्छ बीम प्रोफाइल को संरक्षित करती है।

क्लैडिंग डिज़ाइन: पंप दक्षता और थर्मल प्रबंधन

कुशल पम्पिंग के लिए डबल-क्लैड फाइबर
उच्च-शक्ति लेज़रों का उपयोग डबल-क्लैड फाइबर , जहां एक आंतरिक आवरण एक डोप किए गए कोर के चारों ओर पंप प्रकाश (कम चमक वाले स्रोतों से) को निर्देशित करता है। यह संरचना कुशल क्लैडिंग पंपिंग की अनुमति देती है, जिससे बीम की गुणवत्ता बनाए रखते हुए उच्च आउटपुट शक्ति प्राप्त होती है।

क्लैडिंग का आकार मायने रखता है
गैर-वृत्ताकार आंतरिक आवरण आकार (जैसे, ऑफसेट या आयताकार) प्रकाश को कोर के माध्यम से अधिक गहराई से निर्देशित करके पंप अवशोषण को बढ़ाते हैं। वृत्ताकार आवरण कई किरणों को कोर से होकर गुजरने देकर पंप प्रकाश को बर्बाद कर देते हैं।

क्लैडिंग आकार व्यापार-नापसंद
बड़ा क्लैडिंग ज़्यादा पंप पावर के संयोजन की अनुमति देता है, लेकिन क्लैडिंग व्यास के वर्ग के साथ अवशोषण क्षमता कम हो जाती है—जिसके लिए लंबे फाइबर की आवश्यकता होती है—जिससे अरैखिक प्रभाव पड़ सकते हैं। डिज़ाइनरों को इस संतुलन को बनाए रखना होगा।

उन्नत फाइबर डिज़ाइन: एलएमए और टेपर्ड संरचनाएं

बड़े-मोड-क्षेत्र (LMA) फाइबर
एलएमए फाइबर संख्यात्मक एपर्चर को कम करके या मोड-सप्रेसिंग तकनीकों (जैसे अपवर्तक-सूचकांक इंजीनियरिंग या कॉइलिंग) का उपयोग करके एकल-मोड संचालन को बनाए रखते हुए कोर व्यास को बढ़ाते हैं। यह डिज़ाइन विवर्तन-सीमित बीम गुणवत्ता के साथ उच्च-शक्ति आउटपुट की अनुमति देता है।

टेपर्ड डबल-क्लैड फाइबर (टी-डीसीएफ)
टी-डीसीएफ संरचनाएँ फाइबर के साथ एक संकीर्ण कोर से एक विस्तृत मल्टीमोड सिरे तक सुचारू रूप से संक्रमण करती हैं। संकीर्ण सिरे पर एकल-मोड में प्रवेश करने वाला प्रकाश, चौड़े सिरे पर भी मूल मोड में ही रहता है, जिससे उच्च-बीम गुणवत्ता और बढ़ी हुई शक्ति क्षमता का संयोजन होता है।

रिकॉर्ड-सेटिंग उदाहरण
कुछ पतले फाइबर में संख्यात्मक एपर्चर ~0.11 के साथ 200 µm तक के कोर व्यास होते हैं, जो उच्च शिखर ऊर्जा के साथ 60 ps स्पंदों के विरूपण-मुक्त प्रवर्धन को सक्षम करते हैं।

सारांश एक नज़र में

अंतिम निष्कर्ष

कोर और क्लैडिंग आयामों के बीच का सूक्ष्म अंतर्संबंध—स्मार्ट ज्यामितीय और अपवर्तक-सूचकांक इंजीनियरिंग के साथ मिलकर—फाइबर लेज़रों के विकास को गति प्रदान करता है। एलएमए और टी-डीसीएफ फाइबर जैसे डिज़ाइन लेज़रों को किरण की शुद्धता बनाए रखते हुए अभूतपूर्व शक्ति प्राप्त करने में सक्षम बनाते हैं—जो उन्नत चिकित्सा उपकरणों, सटीक उपकरणों और अन्य के लिए मार्ग प्रशस्त करते हैं।