Pe măsură ce aplicațiile laser de mare putere continuă să se extindă, barele cu diode laser au devenit indispensabile în domenii precum pomparea cu laser, procesarea industrială, echipamentele medicale și cercetarea științifică. Datorită densității lor excelente de putere, scalabilității modulare și eficienței electro-optice ridicate, aceste dispozitive se află în centrul multor sisteme laser moderne. Totuși, printre numeroșii indicatori de performanță ai unei bare cu diode laser, un parametru este adesea trecut cu vederea, dar este de o importanță critică: unghiul de divergență. Acest articol explorează caracteristicile, originile fizice și implicațiile unghiului de divergență în barele cu diode laser - și modul în care designul optic îl poate gestiona eficient.
1. Ce este un unghi de divergență?
Unghiul de divergență descrie modul în care se răspândește un fascicul laser pe măsură ce se propagă în spațiu liber. Acesta indică măsura în care fasciculul se extinde de la fațeta de emisie. În barele de diode laser, unghiul de divergență prezintă o asimetrie puternică în două direcții principale:
Axă rapidă: Perpendiculară pe suprafața barei. Regiunea de emisie este extrem de îngustă (de obicei 1–2 µm), ceea ce duce la unghiuri de divergență mari, adesea de 30°–45° sau mai mult.
Axă lentă: Paralelă cu lungimea barei. Regiunea de emisie este mult mai largă (sute de microni), rezultând unghiuri de divergență mai mici, de obicei în jur de 5°–15°.
Această divergență asimetrică reprezintă o provocare majoră de proiectare pentru integrarea sistemelor care implică bare cu diode laser.
2. Originea fizică a divergenței
Unghiul de divergență este determinat în principal de structura ghidului de undă și de dimensiunea fațetei de emisie:
Pe axa rapidă, aria de emisie este extrem de mică. Conform teoriei difracției, aperturile mai mici duc la o divergență mai mare.
Pe axa lentă, fasciculul se extinde de-a lungul barei pe mai mulți emițători, rezultând un unghi de divergență mai mic.
Prin urmare, barele cu diode laser prezintă în mod inerent o divergență mare pe axa rapidă și o divergență scăzută pe axa lentă.
3. Cum afectează unghiul de divergență proiectarea sistemului
① Cost ridicat al colimării și modelării fasciculului
Datorită asimetriei ridicate a fasciculului brut, trebuie utilizate optici FAC (Fast Axis Collimation - Colimare rapidă pe axe) și SAC (Slow Axis Collimation - Colimare lentă pe axe). Acest lucru crește complexitatea sistemului și necesită o precizie ridicată a instalării și stabilitate termică.
② Eficiență limitată a cuplajului fibrelor
La cuplarea barelor laser în fibre multimod, sisteme optice sau lentile asferice, divergența mare pe axa rapidă poate duce la „revărsarea” fasciculului, reducând eficiența cuplajului. Divergența este o sursă majoră de pierderi optice.
③ Calitatea fasciculului în stivuirea modulelor
În modulele suprapuse cu mai multe bare, divergența prost controlată poate cauza suprapuneri neuniforme ale fasciculului sau distorsiuni în câmp îndepărtat, afectând precizia focalizării și distribuția termică.
4. Cum se controlează și se optimizează divergența în barele cu diode laser
Deși divergența este definită în mare măsură de structura dispozitivului, pentru optimizare pot fi utilizate mai multe strategii la nivel de sistem:
1.Utilizarea lentilelor FAC
Plasarea unei lentile de colimație cu axă rapidă aproape de fațeta emițătoare comprimă fasciculul și reduce divergența pe axa rapidă - acest lucru este esențial în majoritatea modelelor.
2.Lentile SAC pentru modelare suplimentară
Deși divergența pe axa lentă este mai mică, modelarea este încă necesară în matrice sau surse de lumină liniară pentru a obține un rezultat uniform.
③Combinarea fasciculului și proiectarea modelării optice
Utilizarea unor rețele de microlentile, a lentilelor cilindrice sau a opticii structurate poate ajuta la modelarea mai multor fascicule laser într-un rezultat uniform și de luminozitate ridicată.
④Optimizarea ghidului de undă la nivel de dispozitiv
Ajustarea grosimii stratului activ, a designului ghidului de undă și a structurilor de rețea poate rafina și mai mult divergența axei rapide față de nivelul cipului.
5. Controlul divergenței în aplicații din lumea reală
1.Surse de pompe laser
În sistemele laser cu fibră sau în stare solidă de mare putere, barele de diode laser servesc drept surse de pompare. Controlul divergenței - în special pe axa rapidă - îmbunătățește eficiența cuplajului și focalizarea fasciculului.
2.Dispozitive medicale
Pentru sisteme precum terapia cu laser și epilarea, gestionarea divergenței asigură o livrare mai uniformă a energiei și un tratament mai sigur și mai eficient.
③Prelucrarea Materialelor Industriale
În sudarea și tăierea cu laser, divergența optimizată contribuie la o densitate de putere mai mare, o focalizare mai bună și o procesare mai precisă și mai eficientă.
6. Concluzie
Unghiul de divergență al unei bare cu diodă laser este un punct de tranziție crucial - de la fizica cipurilor la scară micro la sistemele optice la scară macro.
Acesta servește atât ca indicator al calității fasciculului, cât și ca limită de proiectare pentru integrare. Pe măsură ce cerințele aplicațiilor și complexitatea sistemelor continuă să crească, înțelegerea și controlul divergenței devin o competență esențială atât pentru producătorii, cât și pentru integratorii de lasere - în special pentru avansarea către o putere, o luminozitate și o fiabilitate mai mari.
Data publicării: 14 iulie 2025