סיבי קריסטל בודדים (SCF)הוא סוג של סיבי אופטי או לייזר העשויים מ- aחומר מונוקריסטלי, בדרך כלל גדלים בטכניקות כמוצמיחת הכן מחוממת בלייזר (LHPG)שיטה . בניגוד לסיבים אופטיים זכוכית קונבנציונליים, סיבי קריסטל בודדיםאין גבולות תבואה, וכתוצאה מכךתכונות אופטיות, תרמיות ומכניות מעולות-במיוחד פנימהיישומי לייזר, חישה ויישומים סביבתית קשה.
מהו סיבי קריסטל יחידים?
הַגדָרָה:
A סיבי קריסטל בודדיםהוא סיב דק וגמיש שנוצר מ- aקריסטל יחידשל חומר אופטי (e . g .,יג, Yvo₄, סַפִּיר, אוLinbo₃), מציעפיזור נמוך, מוליכות תרמית גבוהה, וסף נזק גבוה.
מאפייני מפתח
| נֶכֶס | תֵאוּר |
|---|---|
| חוֹמֶר | יג, ספיר, yvo₄, ggg, linbo₃ וכו '. |
| מִבְנֶה | גביש יחיד, בדרך כלל ליבה בלבד (ללא חיפוי) |
| קוטר טיפוסי | 50–600 μm |
| שיטת צמיחה | LHPG (צמיחת הכן מחומם בלייזר) |
| שידור אופטי | טווח שידור רחב (UV - MID IR, תלוי בחומר) |
| סף נזק | גבוה (10–100 × סיבי זכוכית) |
| מוליכות תרמית | גבוה (פיזור חום טוב יותר מזכוכית) |
חומרים נפוצים לסיבי קריסטל בודדים
| חומר סיבי קריסטל | השתמש בדגשי המקרים |
|---|---|
| יג (y₃al₅o₁₂) | משלוח לייזר במצב מוצק בעל כוח גבוה |
| ספיר (al₂o₃) | סביבות קשות, טמפרטורה גבוהה |
| Yvo₄ | אופטיקה לא לינארית, רכיבים בירגיים |
| Linbo₃ | אפנון אלקטרו-אופטי, אופטיקה לא לינארית |
| GGG (gd₃ga₅o₁₂) | מצע למכשירים מגנטו-אופטיים |
יישומים שלסיבי קריסטל בודדים
1. לייזרי סיבים בעלי עוצמה גבוהה
משמש כלהשיג סיבי משלוח מדיה או משאבה
לעמודכוח לייזר רב-קילואטללא נזק תרמי
2. משלוח לייזר רפואי
סיבים אנדוסקופיים גמישים עבורלייזרים כירורגיים או דרמטולוגיים
ספיר SCF משמש לCO₂ או ER: משלוח לייזר יג
3. חישה סביבתית קשה
חיישני טמפרטורה, מאמץ ולחץבסביבות טמפרטורה גבוהה או קורוזיביות (e . g ., טורבינות, כורים)
ספיר SCFS פועל>1500 מעלות
4. אופטיקה לא לינארית
SCFs עשויים מ-Yvo₄ או linbo₃משמש ב:
דור הרמוני שני (SHG)
ערבוב תדרים
מתנדים פרמטריים אופטיים (OPOS)
5. חלל והגנה
מערכות לייזר בעלות אנרגיה גבוהה
נשק קרן מונחה סיבים
חישה ותקשורת עמידים בפני קרינה
יתרונות על סיבים אופטיים זכוכית
| תכונה | סיבי קריסטל בודדים | סיבי זכוכית |
|---|---|---|
| איכות אופטית | פיזור נמוך במיוחד | לְמַתֵן |
| סף נזק | גבוה מאוד | מוגבל (מעט MW/CM²) |
| מוליכות תרמית | גבוה (e . g ., ספיר ~ 30 w/m · k) | נמוך (~ 1 w/m · k) |
| התנגדות לקרינה | מְעוּלֶה | עני עד בינוני |
| כיפוף | מוגבלת (נוקשה) | גָמִישׁ |
מגבלות
אין חיפוי→ לא מתאים להשקפה פנימית מוחלטת של אובדן נמוך על פני מרחקים ארוכים
עלות ייצור גבוההבגלל צמיחת גבישים
שביר או נוקשה, תלוי בחומר
לא מתאים לתמסורת טלקום או לטווח ארוך
צורות וגדלים נפוצים
קוטרים:50 מיקרומטר עד 600 מיקרומטר
אורכים: בדרך כללכמה סנטימטרים למטר
תצורות: סיבים חשופים, מצופים מתכת, או מעיל בשרוולי קרמיקה
יכול להיותמסוממים עם יוני אדמה נדירים (e . g ., yb³⁺, nd³⁺)למדיה לייזר פעילה
שיטת ייצור: צמיחת הכן מחוממת בלייזר (LHPG)
קריסטל זרעיםמתוודע להמסת מוט מקור תחת קרן לייזר ממוקדת .
סיבי הקריסטל הםנמשך כלפי מעלה, שמירהאוריינטציה גבישית אחת.
פרמטרי גידול כמו קצב משיכה ובקרת טמפרטורה קוטר הסיבים .