Жоғары қуатты лазерлік қолданбалар кеңейе берген сайын, лазерлік диодтық жолақтар лазерлік сорғылар, өнеркәсіптік өңдеу, медициналық жабдықтар және ғылыми зерттеулер сияқты салаларда өте қажет болды. Керемет қуат тығыздығы, модульдік масштабталуы және жоғары электрооптикалық тиімділігімен бұл құрылғылар көптеген заманауи лазерлік жүйелердің негізі болып табылады. Дегенмен, лазерлік диодтық жолақтың көптеген өнімділік көрсеткіштерінің ішінде бір параметр жиі назардан тыс қалады, бірақ өте маңызды: дивергенция бұрышы. Бұл мақалада лазерлік диодтық жолақтардағы дивергенция бұрышының сипаттамалары, физикалық шығу тегі және салдары, сондай-ақ оптикалық дизайн оны қалай тиімді басқара алатыны қарастырылады.
1. Дивергенция бұрышы дегеніміз не?
Дивергенция бұрышы лазер сәулесінің бос кеңістікте таралу кезінде қалай таралатынын сипаттайды. Ол сәуленің сәуле шығару қырынан қаншалықты кеңейетінін көрсетеді. Лазерлік диодтық жолақтарда дивергенция бұрышы екі негізгі бағытта күшті асимметрияны көрсетеді:
Жылдам ось: Сызық бетіне перпендикуляр. Эмиссия аймағы өте тар (әдетте 1-2 мкм), бұл үлкен алшақтық бұрыштарына әкеледі, көбінесе 30°–45° немесе одан да көп.
Баяу ось: жолақтың ұзындығына параллель. Эмиссия аймағы әлдеқайда кең (жүздеген микрон), бұл дивергенция бұрыштарының кішіреюіне әкеледі, әдетте шамамен 5°–15°.
Бұл асимметриялық дивергенция лазерлік диодтық жолақтарды қамтитын жүйелік интеграция үшін негізгі жобалау мәселесі болып табылады.
2. Дивергенцияның физикалық шығу тегі
Дивергенция бұрышы негізінен толқын өткізгіштің құрылымымен және сәулелену фасетінің өлшемімен анықталады:
Жылдам осьте сәулелену ауданы өте аз. Дифракция теориясына сәйкес, кішірек саңылаулар үлкен дивергенцияға әкеледі.
Баяу осьте сәуле бірнеше эмиттер арқылы жолақтың ұзындығы бойымен кеңейеді, нәтижесінде дивергенция бұрышы кішірейеді.
Нәтижесінде, лазерлік диодтық жолақтар жылдам осьте жоғары дивергенцияны, ал баяу осьте төмен дивергенцияны көрсетеді.
3. Дивергенция бұрышы жүйенің дизайнына қалай әсер етеді
① Коллимация және сәулелік пішіндеудің жоғары құны
Шикі сәуленің жоғары асимметриясына байланысты FAC (жылдам осьті коллимация) және SAC (баяу осьті коллимация) оптикасын пайдалану қажет. Бұл жүйенің күрделілігін арттырады және жоғары орнату дәлдігі мен термиялық тұрақтылықты талап етеді.
2 Талшықты байланыстың шектеулі тиімділігі
Лазерлік жолақтарды көп режимді талшықтарға, оптикалық жүйелерге немесе асфералық линзаларға қосқан кезде, үлкен жылдам осьтік дивергенция сәуленің «төгілуіне» әкелуі мүмкін, бұл байланыстың тиімділігін төмендетеді. Дивергенция оптикалық жоғалтудың негізгі көзі болып табылады.
③ Модульдерді қабаттастырудағы сәуле сапасы
Көп жолақты қабаттасқан модульдерде нашар бақыланатын дивергенция сәуленің біркелкі емес қабаттасуына немесе алыс өрістің бұрмалануына әкелуі мүмкін, бұл фокустау дәлдігі мен жылу таралуына әсер етеді.
4. Лазерлік диодтық жолақтардағы дивергенцияны қалай басқаруға және оңтайландыруға болады
Дивергенция көбінесе құрылғы құрылымымен анықталғанымен, оңтайландыру үшін бірнеше жүйелік деңгейдегі стратегияларды қолдануға болады:
①FAC линзаларын пайдалану
Жылдам осьті коллимациялық линзаны сәуле шығаратын фасетке жақын орналастыру сәулені қысады және жылдам осьтегі алшақтықты азайтады - бұл көптеген конструкцияларда өте маңызды.
②Қосымша пішіндеуге арналған SAC линзалары
Баяу осьтік дивергенция кішірек болса да, біркелкі шығысқа қол жеткізу үшін массивтерде немесе сызықтық жарық көздерінде пішіндеу қажет.
③Сәулелерді біріктіру және оптикалық пішіндеу дизайны
Микролинзалар массивтерін, цилиндрлік линзаларды немесе құрылымдалған оптиканы пайдалану бірнеше лазер сәулелерін жоғары жарықтықты, біркелкі шығысқа айналдыруға көмектеседі.
④Құрылғы деңгейіндегі толқын бағыттаушыны оңтайландыру
Белсенді қабаттың қалыңдығын, толқын өткізгіштің дизайнын және тор құрылымдарын реттеу чип деңгейінен жылдам осьтің алшақтауын одан әрі нақтылай алады.
5. Нақты әлемдегі қолданбалардағы дивергенцияны басқару
①Лазерлік сорғы көздері
Жоғары қуатты қатты денелі немесе талшықты лазерлік жүйелерде лазерлік диодтық жолақтар сорғы көздері ретінде қызмет етеді. Дивергенцияны басқару, әсіресе жылдам осьте, байланыстың тиімділігін және сәуленің фокусталуын жақсартады.
②Медициналық құрылғылар
Лазерлік терапия және эпиляция сияқты жүйелер үшін дивергенцияны басқару энергияның біркелкі берілуін және қауіпсіз және тиімді емдеуді қамтамасыз етеді.
③Өнеркәсіптік материалдарды өңдеу
Лазерлік дәнекерлеу және кесу кезінде оңтайландырылған дивергенция жоғары қуат тығыздығына, жақсырақ фокустауға және дәлірек, тиімді өңдеуге ықпал етеді.
6. Қорытынды
Лазерлік диодтық жолақтың дивергенция бұрышы микромасштабты чип физикасынан макромасштабты оптикалық жүйелерге өтудің маңызды нүктесі болып табылады.
Ол сәуле сапасының көрсеткіші және интеграция үшін жобалау шекарасы ретінде қызмет етеді. Қолданбаға қойылатын талаптар мен жүйенің күрделілігі артып келе жатқандықтан, алшақтықты түсіну және бақылау лазер өндірушілері мен интеграторлары үшін, әсіресе жоғары қуатқа, жарықтыққа және сенімділікке қарай жылжу үшін негізгі құзыреттілікке айналады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 14 шілде