ლაზერული დიოდური ზოლების დივერგენციის კუთხე: ფართო სხივიდან მაღალი ეფექტურობის აპლიკაციებამდე

მაღალი სიმძლავრის ლაზერული აპლიკაციების გაფართოებასთან ერთად, ლაზერული დიოდური ზოლები შეუცვლელი გახდა ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ლაზერული ტუმბო, სამრეწველო დამუშავება, სამედიცინო აღჭურვილობა და სამეცნიერო კვლევა. მათი შესანიშნავი სიმძლავრის სიმკვრივით, მოდულური მასშტაბირებით და მაღალი ელექტროოპტიკური ეფექტურობით, ეს მოწყობილობები მრავალი თანამედროვე ლაზერული სისტემის ბირთვს წარმოადგენს. თუმცა, ლაზერული დიოდური ზოლის მრავალი მუშაობის მაჩვენებელს შორის, ერთი პარამეტრი ხშირად უგულებელყოფილია, მაგრამ კრიტიკულად მნიშვნელოვანია: დივერგენციის კუთხე. ეს სტატია იკვლევს ლაზერული დიოდური ზოლების დივერგენციის კუთხის მახასიათებლებს, ფიზიკურ წარმოშობას და შედეგებს - და იმას, თუ როგორ შეუძლია ოპტიკურ დიზაინს მისი ეფექტურად მართვა.

1. რა არის დივერგენციის კუთხე?

დივერგენციის კუთხე აღწერს, თუ როგორ ვრცელდება ლაზერული სხივი თავისუფალ სივრცეში გავრცელებისას. ის მიუთითებს, თუ რამდენად ფართოვდება სხივი გამოსხივების წახნაგიდან. ლაზერული დიოდური ზოლების შემთხვევაში, დივერგენციის კუთხე ავლენს ძლიერ ასიმეტრიას ორი ძირითადი მიმართულებით:

სწრაფი ღერძი: ზოლის ზედაპირის პერპენდიკულარული. ემისიის რეგიონი უკიდურესად ვიწროა (როგორც წესი, 1–2 µm), რაც იწვევს დიდ დივერგენციის კუთხეებს, ხშირად 30°–45° ან მეტს.

ნელი ღერძი: ზოლის სიგრძის პარალელური. ემისიის რეგიონი გაცილებით ფართოა (ასობით მიკრონი), რაც იწვევს უფრო მცირე დივერგენციის კუთხეებს, როგორც წესი, დაახლოებით 5°–15°.

ეს ასიმეტრიული დივერგენცია ლაზერული დიოდური ზოლების გამოყენებით სისტემის ინტეგრაციის მთავარი დიზაინის გამოწვევაა.

2. დივერგენციის ფიზიკური წარმოშობა

დივერგენციის კუთხე ძირითადად განისაზღვრება ტალღის გამტარის სტრუქტურით და გამოსხივების წახნაგის ზომით:

სწრაფი ღერძით, გამოსხივების არე უკიდურესად მცირეა. დიფრაქციის თეორიის თანახმად, უფრო მცირე აპერტურები უფრო დიდ დივერგენციას იწვევს.

ნელი ღერძის გასწვრივ, სხივი ფართოვდება ზოლის სიგრძის გასწვრივ მრავალი ემიტერის გასწვრივ, რაც იწვევს დივერგენციის უფრო მცირე კუთხეს.

შედეგად, ლაზერული დიოდური ზოლები თანდაყოლილად ავლენენ მაღალ დივერგენციას სწრაფი ღერძზე და დაბალ დივერგენციას ნელი ღერძზე.

3. როგორ მოქმედებს დივერგენციის კუთხე სისტემის დიზაინზე

① კოლიმაციისა და სხივის ფორმირების მაღალი ღირებულება

ნედლი სხივის მაღალი ასიმეტრიის გამო, აუცილებელია FAC (სწრაფი ღერძის კოლიმაცია) და SAC (ნელი ღერძის კოლიმაცია) ოპტიკის გამოყენება. ეს ზრდის სისტემის სირთულეს და მოითხოვს ინსტალაციის მაღალ სიზუსტეს და თერმულ სტაბილურობას.

② შეზღუდული ბოჭკოვანი შეერთების ეფექტურობა

ლაზერული ზოლების მულტიმოდურ ბოჭკოებთან, ოპტიკურ სისტემებთან ან ასფერულ ლინზებთან შეერთებისას, სწრაფი ღერძის დიდმა დივერგენციამ შეიძლება გამოიწვიოს სხივის „გადაღვრა“, რაც ამცირებს შეერთების ეფექტურობას. დივერგენცია ოპტიკური დანაკარგის ძირითადი წყაროა.

③ სხივის ხარისხი მოდულის დაწყობაში

მრავალზოლიან ერთმანეთზე დაწყობილ მოდულებში, ცუდად კონტროლირებულმა დივერგენციამ შეიძლება გამოიწვიოს სხივის არათანაბარი გადაფარვა ან შორეული ველის დამახინჯება, რაც გავლენას ახდენს ფოკუსირების სიზუსტესა და თერმულ განაწილებაზე.

4. როგორ გავაკონტროლოთ და ოპტიმიზაცია გავუკეთოთ დივერგენციას ლაზერული დიოდური ზოლებში

მიუხედავად იმისა, რომ დივერგენცია დიდწილად განისაზღვრება მოწყობილობის სტრუქტურით, ოპტიმიზაციისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას რამდენიმე სისტემის დონის სტრატეგია:

①FAC ლინზების გამოყენება

სწრაფი ღერძის მქონე კოლიმაციური ლინზის გამოსხივების წახნაგთან ახლოს განთავსება სხივს იკუმშებს და ამცირებს დივერგენციას სწრაფ ღერძზე - ეს აუცილებელია უმეტეს დიზაინში.

②SAC ლინზები დამატებითი ფორმის მისაცემად

მიუხედავად იმისა, რომ ნელი ღერძის დივერგენცია უფრო მცირეა, ერთგვაროვანი გამომავალი სიგნალის მისაღწევად მასივებში ან ხაზოვანი სინათლის წყაროებში ფორმირება მაინც საჭიროა.

③სხივის შერწყმისა და ოპტიკური ფორმირების დიზაინი

მიკროლინზების მასივების, ცილინდრული ლინზების ან სტრუქტურირებული ოპტიკის გამოყენებამ შეიძლება ხელი შეუწყოს მრავალი ლაზერული სხივის მაღალი სიკაშკაშის, ერთგვაროვანი გამომავალი სინათლის ფორმირებას.

④მოწყობილობის დონის ტალღის გამტარის ოპტიმიზაცია

აქტიური ფენის სისქის, ტალღის გამტარის დიზაინისა და ბადისებრი სტრუქტურების რეგულირებას შეუძლია კიდევ უფრო დახვეწოს ჩიპის დონიდან სწრაფი ღერძის დივერგენცია.

5. დივერგენციის კონტროლი რეალურ სამყაროში არსებულ აპლიკაციებში

①ლაზერული ტუმბოს წყაროები

მაღალი სიმძლავრის მყარი მდგომარეობის ან ბოჭკოვანი ლაზერული სისტემების შემთხვევაში, ლაზერული დიოდური ზოლები ტუმბოს წყაროების ფუნქციას ასრულებს. დივერგენციის კონტროლი, განსაკუთრებით სწრაფი ღერძის გასწვრივ, აუმჯობესებს შეერთების ეფექტურობას და სხივის ფოკუსირებას.

②სამედიცინო მოწყობილობები

ლაზერული თერაპიისა და თმის მოცილების მსგავსი სისტემებისთვის, დივერგენციის მართვა უზრუნველყოფს ენერგიის უფრო ერთგვაროვან მიწოდებას და უფრო უსაფრთხო და ეფექტურ მკურნალობას.

③სამრეწველო მასალების დამუშავება

ლაზერული შედუღებისა და ჭრის დროს, ოპტიმიზებული დივერგენცია ხელს უწყობს სიმძლავრის უფრო მაღალ სიმკვრივეს, უკეთეს ფოკუსირებას და უფრო ზუსტ და ეფექტურ დამუშავებას.

6. დასკვნა

ლაზერული დიოდური ზოლის დივერგენციის კუთხე გადამწყვეტი გარდამავალი წერტილია — მიკრომასშტაბის ჩიპური ფიზიკიდან მაკრომასშტაბის ოპტიკურ სისტემებზე.
ის ემსახურება როგორც სხივის ხარისხის ინდიკატორს, ასევე ინტეგრაციის დიზაინის საზღვარს. რადგან აპლიკაციის მოთხოვნები და სისტემის სირთულე მუდმივად იზრდება, დივერგენციის გაგება და კონტროლი ლაზერული მწარმოებლებისა და ინტეგრატორების ძირითად კომპეტენციად იქცევა - განსაკუთრებით მაღალი სიმძლავრის, სიკაშკაშისა და საიმედოობისკენ სწრაფვისთვის.