Жоғары қуатты лазерлік қолданбалар кеңейе түскен сайын, лазерлік диод жолақтары лазерлік айдау, өнеркәсіптік өңдеу, медициналық жабдықтар және ғылыми зерттеулер сияқты салаларда таптырмас болды. Керемет қуат тығыздығымен, модульдік масштабталатындығымен және жоғары электро-оптикалық тиімділігімен бұл құрылғылар көптеген заманауи лазерлік жүйелердің негізі болып табылады. Дегенмен, лазерлік диод жолағының көптеген өнімділік көрсеткіштерінің арасында бір параметр жиі назардан тыс қалады, бірақ өте маңызды: алшақтық бұрышы. Бұл мақала лазерлік диод жолақтарындағы дивергенция бұрышының сипаттамаларын, физикалық шығу тегі мен салдарын және оптикалық дизайн оны қалай тиімді басқара алатынын зерттейді.
1. Дивергенция бұрышы дегеніміз не?
Дивергенция бұрышы лазер сәулесінің бос кеңістікте таралуы кезінде қалай таралатынын сипаттайды. Ол сәуленің сәуле шығару фасетінен қаншалықты кеңейетінін көрсетеді. Лазерлік диод жолақтарында дивергенция бұрышы екі негізгі бағытта күшті асимметрияны көрсетеді:
Жылдам ось: жолақ бетіне перпендикуляр. Шығару аймағы өте тар (әдетте 1–2 мкм), үлкен алшақтық бұрыштарына әкеледі, көбінесе 30°–45° немесе одан да көп.
Баяу ось: жолақ ұзындығына параллель. Шығару аймағы әлдеқайда кең (жүздеген микрон), нәтижесінде дивергенция бұрыштары аз болады, әдетте шамамен 5°–15°.
Бұл асимметриялық дивергенция лазерлік диод жолақтарын қамтитын жүйені біріктіру үшін негізгі дизайн мәселесі болып табылады.
2. Дивергенцияның физикалық шығу тегі
Дивергенция бұрышы, ең алдымен, толқын өткізгіш құрылымымен және сәуле шығару қырының өлшемімен анықталады:
Жылдам осьте эмиссия аймағы өте аз. Дифракция теориясына сәйкес, кішірек саңылаулар үлкен дивергенцияға әкеледі.
Баяу осьте сәуле бірнеше эмитенттердің бойымен штанганың ұзындығы бойымен кеңейеді, нәтижесінде дивергенция бұрышы аз болады.
Нәтижесінде, лазерлік диод жолақтары табиғи түрде жылдам осьте жоғары дивергенцияны және баяу осьте аз дивергенцияны көрсетеді.
3. Дивергенциялық бұрыш жүйенің дизайнына қалай әсер етеді
① Коллимация мен сәулені пішіндеудің жоғары құны
Шикі сәуленің жоғары асимметриясына байланысты FAC (Fast Axis Collimation) және SAC (Slow Axis Collimation) оптикасын пайдалану қажет. Бұл жүйенің күрделілігін арттырады және орнатудың жоғары дәлдігі мен термиялық тұрақтылықты талап етеді.
② Шектеулі талшықты біріктіру тиімділігі
Лазерлік жолақтарды мультимодалы талшықтарға, оптикалық жүйелерге немесе асфералық линзаларға байланыстырғанда, жылдам осьтің үлкен дивергенциясы сәуленің «таралуына» әкелуі мүмкін, бұл байланыс тиімділігін төмендетеді. Дивергенция оптикалық жоғалтудың негізгі көзі болып табылады.
③ Модульді жинақтаудағы сәуле сапасы
Көп жолақты жинақталған модульдерде нашар басқарылатын дивергенция біркелкі емес сәуленің қабаттасуын немесе алыс өрістің бұрмалануын тудыруы мүмкін, бұл фокустау дәлдігіне және жылулық үлестіруге әсер етеді.
4. Лазерлік диод жолақтарындағы дивергенцияны қалай басқаруға және оңтайландыруға болады
Дивергенция негізінен құрылғы құрылымымен анықталғанымен, оңтайландыру үшін бірнеше жүйелік деңгейдегі стратегияларды пайдалануға болады:
①FAC линзаларын пайдалану
Жылдам осьті коллимациялық линзаны сәуле шығаратын жаққа жақын орналастыру сәулені қысады және жылдам осьте алшақтықты азайтады — бұл көптеген конструкцияларда өте маңызды.
②Қосымша пішіндеу үшін SAC линзалары
Баяу осьтік дивергенция кішірек болса да, біркелкі нәтижеге қол жеткізу үшін массивтерде немесе сызықтық жарық көздерінде әлі де кескіндеу қажет.
③Сәулені біріктіру және оптикалық пішіндеу дизайны
Микро линза массивтерін, цилиндрлік линзаларды немесе құрылымдық оптиканы пайдалану бірнеше лазер сәулелерін жоғары жарықтық, біркелкі шығысқа айналдыруға көмектеседі.
④Құрылғы деңгейіндегі толқын бағыттағышын оңтайландыру
Белсенді қабат қалыңдығын, толқын өткізгіш дизайнын және тор құрылымдарын реттеу чип деңгейінен жылдам осьтің алшақтығын одан әрі нақтылай алады.
5. Нақты әлем қолданбаларындағы дивергенцияны бақылау
①Лазерлік сорғы көздері
Жоғары қуатты қатты күйдегі немесе талшықты лазерлік жүйелерде лазерлік диод жолақтары сорғы көздері ретінде қызмет етеді. Дивергенцияны бақылау - әсіресе жылдам осьте - біріктіру тиімділігін және сәуленің фокусын жақсартады.
②Медициналық құрылғылар
Лазерлік терапия және эпиляция сияқты жүйелер үшін дивергенцияны басқару энергияны біркелкі жеткізуді және қауіпсіз әрі тиімді емдеуді қамтамасыз етеді.
③Өнеркәсіптік материалдарды өңдеу
Лазерлік дәнекерлеу және кесу кезінде оңтайландырылған дивергенция жоғары қуат тығыздығына, жақсырақ фокусқа және дәлірек, тиімді өңдеуге ықпал етеді.
6. Қорытынды
Лазерлік диодтың дивергенция бұрышы микромасштабты чиптер физикасынан макромасштабты оптикалық жүйелерге өтудің маңызды нүктесі болып табылады.
Ол сәуле сапасының көрсеткіші және интеграция үшін дизайн шекарасы ретінде қызмет етеді. Қолданбаға қойылатын талаптар мен жүйе күрделілігі артып келе жатқандықтан, алшақтықты түсіну және бақылау лазер өндірушілері мен интеграторлары үшін, әсіресе жоғары қуат, жарықтық және сенімділікке жету үшін негізгі құзыретке айналады.
Жіберу уақыты: 14 шілде 2025 ж