Yüksek güçlü lazer uygulamaları genişlemeye devam ettikçe, lazer diyot çubukları lazer pompalama, endüstriyel işleme, tıbbi ekipman ve bilimsel araştırma gibi alanlarda vazgeçilmez hale gelmiştir. Mükemmel güç yoğunlukları, modüler ölçeklenebilirlikleri ve yüksek elektro-optik verimlilikleriyle bu cihazlar birçok modern lazer sisteminin merkezinde yer almaktadır. Ancak bir lazer diyot çubuğunun birçok performans göstergesi arasında, genellikle göz ardı edilen ancak kritik öneme sahip bir parametre vardır: ıraksama açısı. Bu makale, lazer diyot çubuklarındaki ıraksama açısının özelliklerini, fiziksel kökenlerini ve etkilerini ve optik tasarımın bunu nasıl etkili bir şekilde yönetebileceğini incelemektedir.
1. Diverjans Açısı Nedir?
Iraksama açısı, bir lazer ışınının serbest uzayda yayılırken nasıl yayıldığını açıklar. Işının emisyon yüzeyinden ne kadar genişlediğini gösterir. Lazer diyot çubuklarında, ıraksama açısı iki ana yönde güçlü bir asimetri sergiler:
Hızlı Eksen: Çubuk yüzeyine diktir. Emisyon bölgesi son derece dardır (genellikle 1–2 µm), bu da genellikle 30°–45° veya daha fazla olan büyük sapma açılarına yol açar.
Yavaş Eksen: Çubuğun uzunluğuna paraleldir. Emisyon bölgesi çok daha geniştir (yüzlerce mikron), bu da genellikle 5°-15° civarında olan daha küçük sapma açılarına neden olur.
Bu asimetrik sapma, lazer diyot çubuklarını içeren sistem entegrasyonu için önemli bir tasarım zorluğudur.
2. Ayrışmanın Fiziksel Kökeni
Sapma açısı öncelikle dalga kılavuzu yapısı ve emisyon faset boyutu tarafından belirlenir:
Hızlı eksende emisyon alanı son derece küçüktür. Kırınım teorisine göre, daha küçük açıklıklar daha büyük sapmalara neden olur.
Yavaş eksende, ışın, birden fazla yayıcı boyunca çubuğun uzunluğu boyunca genişler ve bu da daha küçük bir sapma açısıyla sonuçlanır.
Sonuç olarak, lazer diyot çubukları doğası gereği hızlı eksende yüksek ıraksama, yavaş eksende ise düşük ıraksama sergilemektedir.
3. Diverjans Açısı Sistem Tasarımını Nasıl Etkiler?
① Kolimasyon ve Işın Şekillendirmenin Yüksek Maliyeti
Ham ışının yüksek asimetrisi nedeniyle, FAC (Hızlı Eksen Kolimasyonu) ve SAC (Yavaş Eksen Kolimasyonu) optiklerinin kullanılması gerekmektedir. Bu durum, sistem karmaşıklığını artırmakta ve yüksek kurulum hassasiyeti ve termal stabilite gerektirmektedir.
② Sınırlı Fiber Bağlantı Verimliliği
Lazer çubukları çok modlu fiberlere, optik sistemlere veya asferik merceklerle birleştirildiğinde, hızlı eksendeki büyük sapma, ışın "taşmasına" yol açarak birleştirme verimliliğini azaltabilir. Sapma, optik kaybın önemli bir kaynağıdır.
③ Modül Yığınlamasında Kiriş Kalitesi
Çok çubuklu istiflenmiş modüllerde, kötü kontrol edilen sapma, eşit olmayan ışın örtüşmesine veya uzak alan bozulmasına neden olarak odaklama hassasiyetini ve termal dağılımı etkileyebilir.
4. Lazer Diyot Çubuklarındaki Sapma Nasıl Kontrol Edilir ve Optimize Edilir?
Sapma büyük ölçüde cihaz yapısı tarafından tanımlansa da, optimizasyon için çeşitli sistem düzeyinde stratejiler kullanılabilir:
①FAC Lenslerin Kullanımı
Hızlı eksenli bir kolimasyon merceğinin yayılan yüzeye yakın yerleştirilmesi, ışını sıkıştırır ve hızlı eksendeki sapmayı azaltır; bu, çoğu tasarımda önemlidir.
②Ek Şekillendirme için SAC Lensler
Yavaş eksen sapması daha küçük olsa da, düzgün çıktı elde etmek için dizilerde veya çizgi ışık kaynaklarında şekillendirmeye hala ihtiyaç duyulmaktadır.
③Işın Birleştirme ve Optik Şekillendirme Tasarımı
Mikro lens dizileri, silindirik lensler veya yapılandırılmış optikler kullanılarak, birden fazla lazer ışınının yüksek parlaklıkta, tekdüze bir çıktıya dönüştürülmesi sağlanabilir.
④Cihaz Düzeyinde Dalga Kılavuzu Optimizasyonu
Aktif katman kalınlığının, dalga kılavuzu tasarımının ve ızgara yapılarının ayarlanması, hızlı eksen sapmasının çip seviyesinden daha da iyileştirilmesini sağlayabilir.
5. Gerçek Dünya Uygulamalarında Sapma Kontrolü
①Lazer Pompa Kaynakları
Yüksek güçlü katı hal veya fiber lazer sistemlerinde, lazer diyot çubukları pompa kaynağı görevi görür. Özellikle hızlı eksende sapmanın kontrol edilmesi, kuplaj verimliliğini ve ışın odaklanmasını artırır.
②Tıbbi Cihazlar
Lazer tedavisi ve epilasyon gibi sistemlerde, farklılaşmanın yönetilmesi daha düzgün enerji iletimi ve daha güvenli, daha etkili bir tedavi sağlar.
③Endüstriyel Malzeme İşleme
Lazer kaynak ve kesmede, optimize edilmiş sapma, daha yüksek güç yoğunluğuna, daha iyi odaklanmaya ve daha hassas, verimli işleme katkıda bulunur.
6. Sonuç
Bir lazer diyot çubuğunun sapma açısı, mikro ölçekli çip fiziğinden makro ölçekli optik sistemlere geçişte kritik bir geçiş noktasıdır.
Hem ışın kalitesi göstergesi hem de entegrasyon için bir tasarım sınırı görevi görür. Uygulama talepleri ve sistem karmaşıklığı artmaya devam ettikçe, sapmaları anlamak ve kontrol etmek, özellikle daha yüksek güç, parlaklık ve güvenilirliğe doğru ilerlemek için lazer üreticileri ve entegratörler için temel bir yetkinlik haline gelir.
Gönderi zamanı: 14 Temmuz 2025