Kako se primjene lasera velike snage nastavljaju širiti, laserske diodne šipke postale su nezamjenjive u područjima kao što su lasersko pumpanje, industrijska obrada, medicinska oprema i znanstvena istraživanja. S izvrsnom gustoćom snage, modularnom skalabilnošću i visokom elektrooptičkom učinkovitošću, ovi uređaji su u središtu mnogih modernih laserskih sustava. Ipak, među mnogim pokazateljima performansi laserske diodne šipke, jedan parametar se često zanemaruje, ali je kritično važan: kut divergencije. Ovaj članak istražuje karakteristike, fizičko podrijetlo i implikacije kuta divergencije u laserskim diodnim šipkama - i kako optički dizajn može učinkovito upravljati njime.
1. Što je kut divergencije?
Kut divergencije opisuje kako se laserska zraka širi dok se širi u slobodnom prostoru. Označava stupanj do kojeg se zraka širi s emisione fasete. U laserskim diodnim šipkama, kut divergencije pokazuje jaku asimetriju u dva glavna smjera:
Brza os: Okomita na površinu šipke. Područje emisije je izuzetno usko (obično 1–2 µm), što dovodi do velikih kutova divergencije, često 30°–45° ili više.
Spora os: Paralelna s duljinom šipke. Područje emisije je mnogo šire (stotine mikrona), što rezultira manjim kutovima divergencije, obično oko 5°–15°.
Ova asimetrična divergencija predstavlja glavni izazov u dizajnu za integraciju sustava koji uključuje laserske diodne šipke.
2. Fizičko podrijetlo divergencije
Kut divergencije prvenstveno je određen strukturom valovoda i veličinom emisijske plohe:
Na brzoj osi, područje emisije je izuzetno malo. Prema teoriji difrakcije, manji otvori rezultiraju većom divergencijom.
U sporoj osi, snop se širi duž duljine šipke preko više emitera, što rezultira manjim kutom divergencije.
Kao rezultat toga, laserske diodne šipke inherentno pokazuju visoku divergenciju u brzoj osi i nisku divergenciju u sporoj osi.
3. Kako kut divergencije utječe na dizajn sustava
① Visoka cijena kolimacije i oblikovanja snopa
Zbog velike asimetrije sirovog snopa, moraju se koristiti FAC (brza kolimacija osi) i SAC (spora kolimacija osi) optika. To povećava složenost sustava i zahtijeva visoku preciznost instalacije i toplinsku stabilnost.
② Ograničena učinkovitost spajanja vlakana
Prilikom spajanja laserskih šipki u višemodna vlakna, optičke sustave ili asferične leće, velika divergencija brze osi može dovesti do "prelijevanja" snopa, smanjujući učinkovitost spajanja. Divergencija je glavni izvor optičkih gubitaka.
③ Kvaliteta grede pri slaganju modula
U modulima s više šipki, loše kontrolirana divergencija može uzrokovati neravnomjerno preklapanje snopa ili izobličenje dalekog polja, što utječe na preciznost fokusiranja i raspodjelu topline.
4. Kako kontrolirati i optimizirati divergenciju u laserskim diodnim šipkama
Iako je divergencija uvelike definirana strukturom uređaja, za optimizaciju se može koristiti nekoliko strategija na razini sustava:
1Korištenje FAC leća
Postavljanje kolimacijske leće brze osi blizu emitirajuće plohe komprimira snop i smanjuje divergenciju u brzoj osi - to je bitno u većini dizajna.
2SAC leće za dodatno oblikovanje
Iako je divergencija spore osi manja, oblikovanje je i dalje potrebno u nizovima ili linijskim izvorima svjetlosti kako bi se postigao ujednačen izlaz.
3Kombiniranje snopa i dizajn optičkog oblikovanja
Korištenje nizova mikroleća, cilindričnih leća ili strukturirane optike može pomoći u oblikovanju više laserskih zraka u visokosvjetli, ujednačeni izlaz.
4Optimizacija valovoda na razini uređaja
Podešavanje debljine aktivnog sloja, dizajna valovoda i rešetkastih struktura može dodatno poboljšati divergenciju brze osi od razine čipa.
5. Kontrola divergencije u stvarnim primjenama
1Izvori laserske pumpe
U sustavima s čvrstim ili vlaknastim laserima velike snage, laserske diode služe kao izvori pumpanja. Kontroliranje divergencije - posebno u brzoj osi - poboljšava učinkovitost spajanja i fokusiranje snopa.
2Medicinski uređaji
Za sustave poput laserske terapije i uklanjanja dlačica, upravljanje divergencijom osigurava ujednačeniju isporuku energije te sigurniji i učinkovitiji tretman.
3Industrijska obrada materijala
Kod laserskog zavarivanja i rezanja, optimizirana divergencija doprinosi većoj gustoći snage, boljem fokusu i preciznijoj, učinkovitijoj obradi.
6. Zaključak
Kut divergencije laserske diodne šipke ključna je prijelazna točka - od fizike mikročipova do optičkih sustava makro razmjera.
Služi i kao pokazatelj kvalitete snopa i kao granica dizajna za integraciju. Kako zahtjevi primjene i složenost sustava nastavljaju rasti, razumijevanje i kontrola divergencije postaje ključna kompetencija za proizvođače lasera i integratore - posebno za napredak prema većoj snazi, svjetlini i pouzdanosti.
Vrijeme objave: 14. srpnja 2025.