Со проширувањето на апликациите за ласер со висока моќност, ласерските диодни шипки станаа неопходни во области како што се ласерско пумпање, индустриска обработка, медицинска опрема и научни истражувања. Со нивната одлична густина на моќност, модуларна скалабилност и висока електрооптичка ефикасност, овие уреди се во сржта на многу модерни ласерски системи. Сепак, меѓу многуте индикатори за перформанси на ласерската диодна шипка, еден параметар често се занемарува, но е критично важен: аголот на дивергенција. Оваа статија ги истражува карактеристиките, физичкото потекло и импликациите на аголот на дивергенција кај ласерските диодни шипки - и како оптичкиот дизајн може ефикасно да го управува.
1. Што е агол на дивергенција?
Аголот на дивергенција опишува како ласерскиот зрак се шири додека се шири во слободен простор. Тој го означува степенот до кој зракот се шири од емисионата страна. Кај ласерските диодни шипки, аголот на дивергенција покажува силна асиметрија во две главни насоки:
Брза оска: Нормална на површината на шипката. Регионот на емисија е екстремно тесен (обично 1–2 µm), што доведува до големи агли на дивергенција, често 30°–45° или повеќе.
Бавна оска: Паралелно со должината на шипката. Регионот на емисија е многу поширок (стотици микрони), што резултира со помали агли на дивергенција, обично околу 5°–15°.
Оваа асиметрична дивергенција е голем предизвик во дизајнот за системска интеграција што вклучува ласерски диодни шипки.
2. Физичкото потекло на дивергенцијата
Аголот на дивергенција првенствено е определен од структурата на брановодот и големината на емисиониот фасет:
Во брзата оска, површината на емисија е екстремно мала. Според теоријата на дифракција, помалите отвори резултираат со поголема дивергенција.
Во бавната оска, зракот се шири по должината на шипката низ повеќе емитери, што резултира со помал агол на дивергенција.
Како резултат на тоа, ласерските диодни шипки по природа покажуваат голема дивергенција во брзата оска и мала дивергенција во бавната оска.
3. Како аголот на дивергенција влијае врз дизајнот на системот
① Висока цена на колимација и обликување на гредата
Поради големата асиметрија на суровиот зрак, мора да се користи оптика FAC (брза оска колимација) и SAC (бавна оска колимација). Ова ја зголемува комплексноста на системот и бара висока прецизност при инсталацијата и термичка стабилност.
② Ограничена ефикасност на спојување на оптички влакна
При спојување на ласерски шипки во мултимодни влакна, оптички системи или асферични леќи, големата дивергенција на брзата оска може да доведе до „прелевање“ на зракот, намалувајќи ја ефикасноста на спојувањето. Дивергенцијата е главен извор на оптички загуби.
③ Квалитет на гредата при редење на модули
Кај модулите со повеќе ленти еден врз друг, слабо контролираната дивергенција може да предизвика нерамномерно преклопување на зракот или дисторзија на далечното поле, што влијае на прецизноста на фокусирањето и термичката распределба.
4. Како да се контролира и оптимизира дивергенцијата кај ласерските диодни шипки
Иако дивергенцијата во голема мера е дефинирана од структурата на уредот, за оптимизација може да се користат неколку стратегии на системско ниво:
①Употреба на FAC леќи
Поставувањето на колимациска леќа со брза оска блиску до емитирачкиот фасет го компресира зракот и ја намалува дивергенцијата во брзата оска - ова е од суштинско значење во повеќето дизајни.
②SAC леќи за дополнително обликување
Иако дивергенцијата по бавната оска е помала, обликувањето сè уште е потребно кај низите или линиските извори на светлина за да се постигне униформен излез.
③Дизајн на комбинирање на зраци и оптичко обликување
Користењето низи од микролеќи, цилиндрични леќи или структурирана оптика може да помогне во обликувањето на повеќе ласерски зраци во унифициран излез со висока осветленост.
④Оптимизација на брановодот на ниво на уред
Прилагодувањето на дебелината на активниот слој, дизајнот на брановодите и структурите на решетката може дополнително да ја усоврши дивергенцијата на брзата оска од нивото на чипот.
5. Контрола на дивергенција во апликации од реалниот свет
①Извори на ласерска пумпа
Во високомоќни системи со цврста состојба или фибер ласерски системи, ласерските диодни шипки служат како извори на пумпа. Контролирањето на дивергенцијата - особено во брзата оска - ја подобрува ефикасноста на спојувањето и фокусирањето на зракот.
②Медицински уреди
За системи како ласерска терапија и отстранување на влакна, управувањето со дивергенцијата обезбедува порамномерна испорака на енергија и побезбеден и поефикасен третман.
③Индустриска обработка на материјали
При ласерско заварување и сечење, оптимизираната дивергенција придонесува за поголема густина на моќност, подобар фокус и попрецизна и ефикасна обработка.
6. Заклучок
Аголот на дивергенција на ласерската диодна шипка е клучна точка на премин - од физика на чипови на микро размер до оптички системи на макро размер.
Служи и како индикатор за квалитет на зракот и како граница на дизајнот за интеграција. Бидејќи барањата на апликациите и комплексноста на системот продолжуваат да растат, разбирањето и контролирањето на дивергенцијата станува основна компетенција за производителите на ласери и интеграторите - особено за напредување кон поголема моќност, осветленост и сигурност.
Време на објавување: 14 јули 2025 година