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 naučna istraživanja. Sa svojom odličnom gustoćom snage, modularnom skalabilnošću i visokom elektrooptičkom efikasnošću, ovi uređaji su u srži mnogih modernih laserskih sistema. Ipak, među mnogim pokazateljima performansi laserske diodne šipke, jedan parametar se često zanemaruje, ali je kritično važan: ugao divergencije. Ovaj članak istražuje karakteristike, fizičko porijeklo i implikacije ugla divergencije u laserskim diodnim šipkama - i kako optički dizajn može efikasno upravljati njime.
1. Šta je ugao divergencije?
Ugao divergencije opisuje kako se laserski snop širi dok se prostire u slobodnom prostoru. Označava stepen do kojeg se snop širi od emisione fasete. U laserskim diodnim šipkama, ugao divergencije pokazuje jaku asimetriju u dva glavna smjera:
Brza osa: Okomita na površinu šipke. Područje emisije je izuzetno usko (obično 1-2 µm), što dovodi do velikih uglova divergencije, često 30°-45° ili više.
Spora osa: Paralelna s dužinom šipke. Područje emisije je mnogo šire (stotine mikrona), što rezultira manjim uglovima divergencije, obično oko 5°–15°.
Ova asimetrična divergencija predstavlja glavni dizajnerski izazov za integraciju sistema koji uključuje laserske diodne šipke.
2. Fizičko porijeklo divergencije
Ugao divergencije prvenstveno je određen strukturom talasovoda i veličinom emisione fasete:
Na brzoj osi, područje emisije je izuzetno malo. Prema teoriji difrakcije, manji otvori rezultiraju većom divergencijom.
Na sporoj osi, snop se širi duž dužine šipke preko više emitera, što rezultira manjim uglom divergencije.
Kao rezultat toga, laserske diodne šipke inherentno pokazuju visoku divergenciju u brzoj osi i nisku divergenciju u sporoj osi.
3. Kako ugao divergencije utiče na dizajn sistema
① Visoka cijena kolimacije i oblikovanja snopa
Zbog velike asimetrije sirovog snopa, mora se koristiti FAC (brza kolimacija osi) i SAC (spora kolimacija osi) optika. To povećava složenost sistema i zahtijeva visoku preciznost instalacije i termičku stabilnost.
② Ograničena efikasnost spajanja vlakana
Prilikom spajanja laserskih šipki u multimodna vlakna, optičke sisteme ili asferične leće, velika divergencija brze ose može dovesti do "prelijevanja" snopa, smanjujući efikasnost spajanja. Divergencija je glavni izvor optičkih gubitaka.
③ Kvalitet snopa pri slaganju modula
U modulima sa više šipki, loše kontrolisana divergencija može uzrokovati neravnomjerno preklapanje snopa ili izobličenje dalekog polja, što utiče na preciznost fokusiranja i distribuciju toplote.
4. Kako kontrolisati i optimizovati divergenciju u laserskim diodnim šipkama
Iako je divergencija uglavnom definirana strukturom uređaja, za optimizaciju se može koristiti nekoliko strategija na nivou sistema:
1Upotreba FAC sočiva
Postavljanje kolimacijskog sočiva na brzoj osi blizu emitirajuće fasete komprimira snop i smanjuje divergenciju na brzoj osi - ovo je bitno u većini dizajna.
2SAC sočiva za dodatno oblikovanje
Iako je divergencija spore ose manja, oblikovanje je i dalje potrebno kod nizova ili linijskih izvora svjetlosti kako bi se postigao ujednačen izlaz.
3Kombiniranje snopa i dizajn optičkog oblikovanja
Korištenje nizova mikro-sočiva, cilindričnih sočiva ili strukturirane optike može pomoći u oblikovanju više laserskih snopova u visokosvjetli, ujednačen izlaz.
4Optimizacija valovoda na nivou uređaja
Podešavanje debljine aktivnog sloja, dizajna talasovoda i struktura rešetki može dodatno precizirati divergenciju brze ose od nivoa čipa.
5. Kontrola divergencije u stvarnim primjenama
1Izvori laserske pumpe
U visokosnažnim čvrstim ili vlaknastim laserskim sistemima, laserske diode služe kao izvori pumpe. Kontroliranje divergencije - posebno u brzoj osi - poboljšava efikasnost spajanja i fokusiranje snopa.
2Medicinski uređaji
Za sisteme poput laserske terapije i uklanjanja dlaka, upravljanje divergencijom osigurava ujednačeniju isporuku energije i sigurniji, efikasniji tretman.
3Industrijska obrada materijala
Kod laserskog zavarivanja i rezanja, optimizirana divergencija doprinosi većoj gustoći snage, boljem fokusu i preciznijoj, efikasnijoj obradi.
6. Zaključak
Ugao divergencije laserske diodne šipke je ključna prelazna tačka - od fizike čipova mikrorazmjere do optičkih sistema makrorazmjere.
Služi i kao indikator kvaliteta snopa i kao granica dizajna za integraciju. Kako zahtjevi primjene i složenost sistema 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. jula 2025.