Па меры пашырэння прымянення магутных лазераў, лазерныя дыёдныя лінейкі сталі незаменнымі ў такіх галінах, як лазерная накачка, прамысловая апрацоўка, медыцынскае абсталяванне і навуковыя даследаванні. Дзякуючы выдатнай шчыльнасці магутнасці, модульнай маштабаванасці і высокай электрааптычнай эфектыўнасці, гэтыя прылады з'яўляюцца асновай многіх сучасных лазерных сістэм. Тым не менш, сярод шматлікіх паказчыкаў прадукцыйнасці лазернай дыёднай лінейкі адзін параметр часта ігнаруецца, але мае вырашальнае значэнне: кут разыходжання. У гэтым артыкуле даследуюцца характарыстыкі, фізічнае паходжанне і наступствы вугла разыходжання ў лазерных дыёдных лінейках, а таксама тое, як аптычная канструкцыя можа эфектыўна кіраваць ім.
1. Што такое вугал дывергенцыі?
Кут дывергенцыі апісвае, як распаўсюджваецца лазерны прамень у вольнай прасторы. Ён паказвае ступень пашырэння прамяня ад эмісійнай грані. У лазерных дыёдных лінейках кут дывергенцыі праяўляе моцную асіметрыю ў двух асноўных напрамках:
Хуткая вось: перпендыкулярная паверхні стрыжня. Вобласць выпраменьвання надзвычай вузкая (звычайна 1–2 мкм), што прыводзіць да вялікіх вуглоў разыходжання, часта 30°–45° і больш.
Павольная вось: паралельная даўжыні стрыжня. Вобласць выпраменьвання значна шырэйшая (сотні мікронаў), што прыводзіць да меншых вуглоў разыходжання, звычайна каля 5°–15°.
Гэта асіметрычнае разыходжанне з'яўляецца сур'ёзнай праблемай праектавання для інтэграцыі сістэм з выкарыстаннем лазерных дыёдных лінейак.
2. Фізічнае паходжанне дывергенцыі
Кут дывергенцыі ў першую чаргу вызначаецца структурай хвалявода і памерам грані выпраменьвання:
На хуткай восі плошча выпраменьвання надзвычай малая. Згодна з тэорыяй дыфракцыі, меншыя адтуліны прыводзяць да большай разыходнасці.
На павольнай восі прамень пашыраецца ўздоўж даўжыні стрыжня праз некалькі выпраменьвальнікаў, што прыводзіць да меншага вугла разыходжання.
У выніку, лазерныя дыёдныя лінейкі па сваёй сутнасці дэманструюць высокую дывергенцыю па хуткай восі і нізкую дывергенцыю па павольнай восі.
3. Як кут дывергенцыі ўплывае на праектаванне сістэмы
① Высокі кошт калімацыі і фармавання прамяня
З-за высокай асіметрыі неапрацаванага прамяня неабходна выкарыстоўваць оптыку FAC (хуткая калімацыя восі) і SAC (павольная калімацыя восі). Гэта павялічвае складанасць сістэмы і патрабуе высокай дакладнасці ўстаноўкі і тэрмічнай стабільнасці.
② Абмежаваная эфектыўнасць злучэння валакон
Пры падключэнні лазерных ліней да шматмодавых валокнаў, аптычных сістэм або асферычных лінзаў вялікая разыходжанне на хуткай восі можа прывесці да «пералівання» прамяня, што зніжае эфектыўнасць сувязі. Разыходжанне з'яўляецца асноўнай крыніцай аптычных страт.
③ Якасць бэлькі пры кладцы модуляў
У шматпластовых шматслаёвых модулях дрэнна кантраляваная разыходжанне можа прывесці да нераўнамернага перакрыцця прамяня або скажэнняў у далёкай зоне, што ўплывае на дакладнасць факусоўкі і размеркаванне цяпла.
4. Як кантраляваць і аптымізаваць разыходжанне ў лазерных дыёдных лінейках
Нягледзячы на тое, што дывергенцыя ў значнай ступені вызначаецца структурай прылады, для аптымізацыі можна выкарыстоўваць некалькі стратэгій на ўзроўні сістэмы:
①Выкарыстанне лінзаў FAC
Размяшчэнне калімацыйнай лінзы хуткай восі блізка да выпраменьвальнай грані сціскае прамень і памяншае разыходжанне па хуткай восі — гэта важна ў большасці канструкцый.
②Лінзы SAC для дадатковай карэкцыі формы
Нягледзячы на тое, што разыходжанне на павольнай восі меншае, для дасягнення раўнамернай выходнай магутнасці ў масівах або лінейных крыніцах святла ўсё яшчэ патрабуецца фармаванне.
③Аб'яднанне прамянёў і дызайн аптычнага фарміравання
Выкарыстанне мікралінзавых масіваў, цыліндрычных лінзаў або структураванай оптыкі можа дапамагчы сфарміраваць некалькі лазерных прамянёў у аднастайны выхадны сігнал высокай яркасці.
④Аптымізацыя хвалявода на ўзроўні прылады
Рэгуляванне таўшчыні актыўнага слоя, канструкцыі хвалявода і структуры рашотак можа яшчэ больш удакладніць разыходжанне хуткай восі ад узроўню чыпа.
5. Кіраванне дывергенцыяй у рэальных умовах прымянення
①Крыніцы лазернай накачкі
У магутных цвёрдацельных або валаконных лазерных сістэмах лазерныя дыёдныя лінейкі служаць крыніцамі накачкі. Кантроль дывергенцыі, асабліва на хуткай восі, паляпшае эфектыўнасць сувязі і факусоўку прамяня.
②Медыцынскія прылады
Для такіх сістэм, як лазерная тэрапія і выдаленне валасоў, кіраванне дывергенцыяй забяспечвае больш раўнамерную падачу энергіі і больш бяспечнае і эфектыўнае лячэнне.
③Прамысловая апрацоўка матэрыялаў
Пры лазернай зварцы і рэзцы аптымізаваная дывергенцыя спрыяе больш высокай шчыльнасці магутнасці, лепшай факусоўцы і больш дакладнай і эфектыўнай апрацоўцы.
6. Заключэнне
Кут разыходжання лазернага дыёднага стрыжня з'яўляецца найважнейшым пераходным момантам — ад фізікі мікрамаштабных чыпаў да аптычных сістэм макрамаштабных.
Ён служыць як індыкатарам якасці прамяня, так і мяжой праектавання для інтэграцыі. Паколькі патрабаванні да прыкладанняў і складанасць сістэмы працягваюць расці, разуменне і кантроль дывергенцыі становіцца асноўнай кампетэнцыяй як вытворцаў лазераў, так і інтэгратараў, асабліва для прасоўвання да больш высокай магутнасці, яркасці і надзейнасці.
Час публікацыі: 14 ліпеня 2025 г.