Ndërsa aplikimet e lazerëve me fuqi të lartë vazhdojnë të zgjerohen, shufrat e diodës lazer janë bërë të domosdoshme në fusha të tilla si pompimi me lazer, përpunimi industrial, pajisjet mjekësore dhe kërkimi shkencor. Me dendësinë e tyre të shkëlqyer të fuqisë, shkallëzueshmërinë modulare dhe efikasitetin e lartë elektro-optik, këto pajisje janë në thelb të shumë sistemeve moderne lazer. Megjithatë, midis shumë treguesve të performancës së një shufre diode lazer, një parametër shpesh anashkalohet, por është jashtëzakonisht i rëndësishëm: këndi i divergjencës. Ky artikull eksploron karakteristikat, origjinën fizike dhe implikimet e këndit të divergjencës në shufrat e diodës lazer - dhe se si dizajni optik mund ta menaxhojë atë në mënyrë efektive.
1. Çfarë është një kënd divergjence?
Këndi i divergjencës përshkruan se si përhapet një rreze lazeri ndërsa përhapet në hapësirën e lirë. Ai tregon shkallën në të cilën rrezja zgjerohet nga aspekti i emetimit. Në shufrat e diodës lazer, këndi i divergjencës shfaq asimetri të fortë në dy drejtime kryesore:
Boshti i Shpejtë: Pingul me sipërfaqen e shufrës. Rajoni i emetimit është jashtëzakonisht i ngushtë (zakonisht 1–2 µm), duke çuar në kënde të mëdha divergjence, shpesh 30°–45° ose më shumë.
Boshti i Ngadaltë: Paralel me gjatësinë e shufrës. Rajoni i emetimit është shumë më i gjerë (qindra mikronë), duke rezultuar në kënde divergjence më të vogla, zakonisht rreth 5°–15°.
Kjo divergjencë asimetrike është një sfidë e madhe në projektim për integrimin e sistemit që përfshin shufra diodë lazeri.
2. Origjina Fizike e Divergjencës
Këndi i divergjencës përcaktohet kryesisht nga struktura e valëpërçuesit dhe madhësia e faqes së emetimit:
Në boshtin e shpejtë, zona e emetimit është jashtëzakonisht e vogël. Sipas teorisë së difraksionit, hapjet më të vogla rezultojnë në divergjencë më të madhe.
Në boshtin e ngadaltë, rrezja zgjerohet përgjatë gjatësisë së shufrës nëpër emetues të shumtë, duke rezultuar në një kënd më të vogël divergjence.
Si rezultat, shufrat e diodës lazer shfaqin në mënyrë të natyrshme divergjencë të lartë në boshtin e shpejtë dhe divergjencë të ulët në boshtin e ngadaltë.
3. Si ndikon këndi i divergjencës në projektimin e sistemit
① Kosto e lartë e kolimimit dhe formësimit të trarit
Për shkak të asimetrisë së lartë të rrezes së papërpunuar, duhet të përdoren optika FAC (Kolimim i Shpejtë i Aksios) dhe SAC (Kolimim i Ngadaltë i Aksios). Kjo rrit kompleksitetin e sistemit dhe kërkon saktësi të lartë instalimi dhe stabilitet termik.
② Efikasitet i kufizuar i bashkimit të fibrave
Kur bashkohen shufrat lazer në fibra shumëmodëshe, sisteme optike ose lente asferike, divergjenca e madhe e boshtit të shpejtë mund të çojë në "derdhje" të rrezes, duke zvogëluar efikasitetin e çiftëzimit. Divergjenca është një burim kryesor i humbjes optike.
③ Cilësia e trarit në grumbullimin e moduleve
Në modulet me shumë shufra të vendosura njëra mbi tjetrën, divergjenca e kontrolluar dobët mund të shkaktojë mbivendosje të pabarabartë të rrezes ose shtrembërim të fushës së largët, duke ndikuar në saktësinë e fokusimit dhe shpërndarjen termike.
4. Si të Kontrolloni dhe Optimizoni Divergjencën në Shufrat e Diodës Lazer
Edhe pse divergjenca përcaktohet kryesisht nga struktura e pajisjes, disa strategji në nivel sistemi mund të përdoren për optimizim:
①Përdorimi i lenteve FAC
Vendosja e një lente kolimimi me bosht të shpejtë afër aspektit emetues e kompreson rrezen dhe zvogëlon divergjencën në boshtin e shpejtë - kjo është thelbësore në shumicën e dizenjove.
②Lente SAC për formësim shtesë
Edhe pse divergjenca e boshtit të ngadaltë është më e vogël, formësimi është ende i nevojshëm në vargjet ose burimet e dritës lineare për të arritur një dalje uniforme.
③Kombinimi i rrezeve dhe dizajni i formësimit optik
Përdorimi i vargjeve me mikrolente, lenteve cilindrike ose optikës së strukturuar mund të ndihmojë në formësimin e rrezeve të shumëfishta lazer në një dalje uniforme dhe me shkëlqim të lartë.
④Optimizimi i valëpërçuesit në nivel pajisjeje
Rregullimi i trashësisë së shtresës aktive, dizajnit të valëpërçuesit dhe strukturave të rrjetës mund të përsosë më tej divergjencën e boshtit të shpejtë nga niveli i çipit.
5. Kontrolli i Divergjencës në Aplikimet e Botës Reale
①Burimet e Pompës Lazer
Në sistemet lazer me gjendje të ngurtë ose me fibra me fuqi të lartë, shufrat diodike lazer shërbejnë si burime pompe. Kontrollimi i divergjencës - veçanërisht në boshtin e shpejtë - përmirëson efikasitetin e çiftëzimit dhe fokusimin e rrezes.
②Pajisjet Mjekësore
Për sisteme si terapia me lazer dhe heqja e qimeve, menaxhimi i divergjencës siguron shpërndarje më uniforme të energjisë dhe trajtim më të sigurt dhe më efektiv.
③Përpunimi i Materialeve Industriale
Në saldimin dhe prerjen me lazer, divergjenca e optimizuar kontribuon në dendësi më të lartë të fuqisë, fokus më të mirë dhe përpunim më të saktë dhe efikas.
6. Përfundim
Këndi i divergjencës së një shufre diode lazeri është një pikë tranzicioni thelbësore - nga fizika e çipave në shkallë mikro në sistemet optike në shkallë makro.
Ai shërben si një tregues i cilësisë së rrezes dhe si një kufi projektimi për integrimin. Ndërsa kërkesat e aplikacioneve dhe kompleksiteti i sistemit vazhdojnë të rriten, kuptimi dhe kontrolli i divergjencës bëhet një kompetencë thelbësore për prodhuesit dhe integruesit e lazerëve njësoj - veçanërisht për avancimin drejt fuqisë, shkëlqimit dhe besueshmërisë më të lartë.
Koha e postimit: 14 korrik 2025