Kuna suure võimsusega laserite rakendused aina laienevad, on laserdioodribadest saanud asendamatud seadmed sellistes valdkondades nagu laserpumpamine, tööstuslik töötlemine, meditsiiniseadmed ja teadusuuringud. Oma suurepärase võimsustiheduse, modulaarse skaleeritavuse ja kõrge elektrooptilise efektiivsusega on need seadmed paljude tänapäevaste lasersüsteemide keskmes. Laserdioodriba paljude jõudlusnäitajate hulgas jäetakse aga üks parameeter sageli tähelepanuta, kuid see on äärmiselt oluline: hajumisnurk. See artikkel uurib laserdioodribade hajumisnurga omadusi, füüsikalist päritolu ja tagajärgi ning seda, kuidas optiline disain saab seda tõhusalt hallata.
1. Mis on lahknemisnurk?
Lahknemisnurk kirjeldab, kuidas laserkiir vabas ruumis levib. See näitab, kui palju kiir emissioonitahust laieneb. Laserdioodribadel on hajumisnurgal tugev asümmeetria kahes põhisuunas:
Kiire telg: Risti varda pinnaga. Emissioonipiirkond on äärmiselt kitsas (tavaliselt 1–2 µm), mis viib suurte hajumisnurkadeni, sageli 30°–45° või rohkem.
Aeglane telg: paralleelne varda pikkusega. Emissioonipiirkond on palju laiem (sadu mikroneid), mille tulemuseks on väiksemad hajumisnurgad, tavaliselt umbes 5°–15°.
See asümmeetriline lahknevus on laserdioodribadega süsteemide integreerimise peamine disainiväljakutse.
2. Erinevuse füüsiline päritolu
Lahknemisnurka määravad peamiselt lainejuhi struktuur ja emissioonipinna suurus:
Kiirel teljel on emissioonipind äärmiselt väike. Difraktsiooniteooria kohaselt põhjustavad väiksemad avad suuremat hajumist.
Aeglases teljel laieneb kiir piki riba mitme emitteri ulatuses, mille tulemuseks on väiksem hajumisnurk.
Selle tulemusena on laserdioodribadel kiirel teljel loomupäraselt suur ja aeglasel teljel väike hajumine.
3. Kuidas lahknemisnurk mõjutab süsteemi ülesehitust
① Kollimatsiooni ja kiire kujundamise kõrge hind
Töötlemata kiire suure asümmeetria tõttu tuleb kasutada FAC (kiire telje kollimatsioon) ja SAC (aeglase telje kollimatsioon) optikat. See suurendab süsteemi keerukust ning nõuab suurt paigaldustäpsust ja termilist stabiilsust.
② Piiratud kiudude sidumise efektiivsus
Laserribade ühendamisel mitmemoodiliste kiudude, optiliste süsteemide või asfääriliste läätsedega võib suur kiirtelgede hajumine põhjustada kiire "levikut", mis vähendab ühendamise efektiivsust. Hajumine on optilise kao peamine allikas.
③ Tala kvaliteet moodulite virnastamisel
Mitme ribaga virnastatud moodulites võib halvasti kontrollitud hajumine põhjustada ebaühtlast kiirte kattumist või kaugvälja moonutusi, mis mõjutavad teravustamistäpsust ja soojusjaotust.
4. Kuidas juhtida ja optimeerida laserdioodiribade hajumist
Kuigi lahknevust määrab suuresti seadme struktuur, saab optimeerimiseks kasutada mitmeid süsteemitaseme strateegiaid:
①FAC-läätsede kasutamine
Kiire teljega kollimatsiooniläätse paigutamine kiirgava tahu lähedale surub kiirt kokku ja vähendab kiire telje hajuvust – see on enamiku konstruktsioonide puhul oluline.
②SAC-läätsed täiendavaks kujundamiseks
Kuigi aeglase telje hajumine on väiksem, on massiivide või joonvalgusallikate puhul ühtlase väljundi saavutamiseks siiski vaja kujundamist.
③Kiirte kombineerimine ja optilise kujundamise disain
Mikroläätsede massiivide, silindriliste läätsede või struktureeritud optika kasutamine aitab kujundada mitut laserkiirt suure heledusega ja ühtlaseks väljundiks.
④Seadme tasemel lainejuhi optimeerimine
Aktiivse kihi paksuse, lainejuhi konstruktsiooni ja võrestruktuuride reguleerimine saab veelgi täpsustada kiireteljelist kõrvalekallet kiibi tasemest.
5. Erinevuse juhtimine reaalsetes rakendustes
①Laserpumba allikad
Suure võimsusega tahkis- või kiudlaserites toimivad laserdioodlatid pumbaallikatena. Hajenemise juhtimine – eriti kiirel teljel – parandab sidestustõhusust ja kiire fokuseerimist.
②Meditsiiniseadmed
Selliste süsteemide nagu laserteraapia ja karvaeemalduse puhul tagab lahknevuse haldamine ühtlasema energiaülekande ning ohutuma ja tõhusama ravi.
③Tööstuslik materjalide töötlemine
Laserkeevituses ja -lõikuses aitab optimeeritud hajumine kaasa suuremale võimsustihedusele, paremale fookusele ning täpsemale ja tõhusamale töötlemisele.
6. Kokkuvõte
Laserdioodiriba hajumisnurk on oluline üleminekupunkt – mikrotasandi kiibifüüsikast makrotasandi optiliste süsteemideni.
See toimib nii kiire kvaliteedi indikaatorina kui ka integreerimise disainipiirina. Kuna rakenduste nõudmised ja süsteemide keerukus jätkuvalt kasvavad, muutub lahknevuste mõistmine ja kontrollimine nii lasertootjate kui ka integraatorite põhipädevuseks – eriti suurema võimsuse, heleduse ja töökindluse saavutamiseks.
Postituse aeg: 14. juuli 2025