Како се примене ласера велике снаге настављају ширити, ласерске диодне шипке су постале неопходне у областима као што су ласерско пумпање, индустријска обрада, медицинска опрема и научна истраживања. Са својом одличном густином снаге, модуларном скалабилношћу и високом електрооптичком ефикасношћу, ови уређаји су у сржи многих модерних ласерских система. Па ипак, међу многим индикаторима перформанси ласерске диодне шипке, један параметар се често занемарује, али је критично важан: угао дивергенције. Овај чланак истражује карактеристике, физичко порекло и импликације угла дивергенције у ласерским диодним шипкама - и како оптички дизајн може ефикасно да га управља.
1. Шта је угао дивергенције?
Угао дивергенције описује како се ласерски сноп шири док се пропагира у слободном простору. Он показује степен до ког се сноп шири од емисионе фасете. Код ласерских диода, угао дивергенције показује јаку асиметрију у два главна правца:
Брза оса: Нормална на површину шипке. Област емисије је изузетно уска (типично 1–2 µm), што доводи до великих углова дивергенције, често 30°–45° или више.
Спора оса: Паралелна са дужином шипке. Област емисије је много шира (стотине микрона), што резултира мањим угловима дивергенције, обично око 5°–15°.
Ова асиметрична дивергенција је главни изазов у дизајну за интеграцију система која укључује ласерске диодне шипке.
2. Физичко порекло дивергенције
Угао дивергенције је првенствено одређен структуром таласовода и величином емисионе фасете:
На брзој оси, површина емисије је изузетно мала. Према теорији дифракције, мањи отвори резултирају већом дивергенцијом.
На спорој оси, сноп се шири дуж дужине шипке преко више емитера, што резултира мањим углом дивергенције.
Као резултат тога, ласерске диодне шипке инхерентно показују високу дивергенцију у брзој оси и ниску дивергенцију у спорој оси.
3. Како угао дивергенције утиче на дизајн система
① Висока цена колимације и обликовања снопа
Због велике асиметрије сировег снопа, мора се користити FAC (брза осовина колимације) и SAC (спора осовина колимације) оптика. Ово повећава сложеност система и захтева високу прецизност инсталације и термичку стабилност.
② Ограничена ефикасност повезивања влакана
Приликом повезивања ласерских шипки са вишемодним влакнима, оптичким системима или асферичним сочивима, велика дивергенција брзе осе може довести до „преливања“ снопа, смањујући ефикасност повезивања. Дивергенција је главни извор оптичких губитака.
③ Квалитет греде при слагању модула
Код модула са више шипки наслаганих један на други, лоше контролисана дивергенција може проузроковати неравномерно преклапање снопа или изобличење далеког поља, што утиче на прецизност фокусирања и расподелу топлоте.
4. Како контролисати и оптимизовати дивергенцију у ласерским диодним шипкама
Иако је дивергенција у великој мери дефинисана структуром уређаја, за оптимизацију се може користити неколико стратегија на нивоу система:
①Употреба FAC сочива
Постављање колимационог сочива брзе осе близу емитујуће фасете компресује сноп и смањује дивергенцију у брзој оси - ово је неопходно у већини дизајна.
2SAC сочива за додатно обликовање
Иако је дивергенција споре осе мања, обликовање је и даље потребно код низова или линијских извора светлости да би се постигао уједначен излаз.
3Дизајн комбиновања снопа и оптичког обликовања
Коришћење микро-сочива, цилиндричних сочива или структуриране оптике може помоћи у обликовању више ласерских зрака у уједначен излаз високе осветљености.
④Оптимизација таласовода на нивоу уређаја
Подешавање дебљине активног слоја, дизајна таласовода и структура решетки може додатно усавршити дивергенцију брзе осе од нивоа чипа.
5. Контрола дивергенције у реалним применама
①Извори ласерске пумпе
У системима чврстог стања или влакнастих ласера велике снаге, ласерске диоде служе као извори пумпе. Контролисање дивергенције – посебно у брзој оси – побољшава ефикасност спрезања и фокусирање снопа.
2Медицински уређаји
За системе попут ласерске терапије и уклањања длака, управљање дивергенцијом обезбеђује равномернију испоруку енергије и безбеднији и ефикаснији третман.
3Индустријска обрада материјала
Код ласерског заваривања и сечења, оптимизована дивергенција доприноси већој густини снаге, бољем фокусу и прецизнијој, ефикаснијој обради.
6. Закључак
Угао дивергенције ласерске диоде је кључна прелазна тачка - од физике микроскопских чипова до макроскопских оптичких система.
Служи и као индикатор квалитета снопа и као граница дизајна за интеграцију. Како захтеви примене и сложеност система настављају да расту, разумевање и контрола дивергенције постаје кључна компетенција за произвођаче ласера и интеграторе – посебно за напредак ка већој снази, осветљености и поузданости.
Време објаве: 14. јул 2025.