Основное различие между одномодовым и многомодовым лазерами заключается в структуре выходного луча:
- Одномодовый лазер излучает только одну пространственную моду,
- Многомодовый лазер генерирует несколько мод одновременно.
Это различие напрямую влияет на качество луча, распределение энергии и применимость в конкретных задачах.
Как определить тип лазера?
Ключевой параметр — коэффициент качества луча M²:
- M² < 1.3 — чистый одномодовый лазер,
- 1.3 ≤ M² ≤ 2.0 — квази-одномодовый,
- M² > 2.0 — многомодовый лазер.
Одномодовый (слева) и многомодовый (справа) профили луча
Распределение энергии и фокусировка
- Одномодовый лазер имеет гауссово распределение интенсивности — энергия максимально сконцентрирована в центре луча.
- Многомодовый лазер демонстрирует плосковершинный (flat-top) профиль, где энергия распределена более равномерно, но за счёт наложения нескольких мод.
При фокусировке одним и тем же объективом одномодовый лазер формирует значительно меньшее пятно с гораздо более высокой плотностью мощности в фокусе. Это делает его незаменимым в приложениях, требующих высокой точности и интенсивности.
Кроме того, многомодовые лазеры обладают большей дивергенцией и более сильной дисперсией, что ограничивает их эффективность при передаче на большие расстояния.
Преимущества и ограничения
Одномодовые лазеры
Преимущества:
- Высокое качество луча (M² ≈ 1)
- Малый диаметр фокусного пятна
- Высокая плотность мощности
- Низкая дивергенция — идеальны для дальнобойной передачи
Ограничения:
- Очень тонкое волокно (диаметр сердцевины < 10 мкм)
- Низкий порог повреждения — не выдерживает высокую пиковую мощность
- Сильные нелинейные эффекты (самофокусировка, рассеяние) при высокой мощности
- Сложность эффективной накачки → низкий КПД в волоконных лазерах
Многомодовые лазеры
Преимущества:
- Более толстая сердцевина волокна → высокий порог повреждения
- Возможность передачи высокой средней и пиковой мощности
- Сниженная плотность мощности → подавление нелинейных эффектов
- Более стабильная передача мощных сигналов на средние дистанции
Ограничения:
- Худшее качество луча
- Большее пятно фокусировки
- Не подходят для задач, требующих дифракционно-ограниченного пятна
Где применяются одномодовые лазеры?
Благодаря превосходному качеству луча, одномодовые волоконно-связанные лазеры Fibert идеально подходят для:
- Флуоресцентной микроскопии
- Проточной цитометрии
- Конфокальной и рамановской микроскопии
- Секвенирования ДНК
- Медицинской визуализации и диагностического оборудования
- Геномики и биоаналитики
Заключение
Выбор между одномодовым и многомодовым лазером зависит от задачи:
- Нужна максимальная точность, малое пятно и высокая плотность? → Одномодовый.
- Требуется высокая мощность и надёжность при умеренных требованиях к фокусу? → Многомодовый.