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 yoğunluğu, modüler ölçeklenebilirlik ve yüksek elektro-optik verimlilikleriyle bu cihazlar, birçok modern lazer sisteminin temelini oluşturmaktadır. Ancak bir lazer diyot çubuğunun birçok performans göstergesi arasında, sıklıkla göz ardı edilen ancak kritik öneme sahip bir parametre vardır: sapma açısı. Bu makale, lazer diyot çubuklarındaki sapma açısının özelliklerini, fiziksel kökenlerini ve etkilerini ve optik tasarımın bunu nasıl etkili bir şekilde yönetebileceğini incelemektedir.
1. Sapma Açısı Nedir?
Sapma açısı, bir lazer ışınının serbest uzayda yayılırken nasıl yayıldığını tanımlar. Işının emisyon yüzeyinden ne kadar genişlediğini gösterir. Lazer diyot çubuklarında, sapma açısı iki ana yönde güçlü bir asimetri sergiler:
Hızlı Eksen: Çubuk yüzeyine dik. Emisyon bölgesi son derece dardır (tipik olarak 1–2 µm), bu da genellikle 30°–45° veya daha fazla olan büyük sapma açılarına yol açar.
Yavaş Eksen: Çubuğun uzunluğuna paralel. Emisyon bölgesi çok daha geniştir (yüzlerce mikron), bu da tipik olarak 5°-15° civarında 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 esas olarak dalga kılavuzu yapısı ve emisyon yüzeyinin boyutu tarafından belirlenir:
Hızlı eksende, emisyon alanı son derece küçüktür. Kırınım teorisine göre, daha küçük açıklıklar daha büyük sapmalara neden olur.
Yavaş eksende, ışın çubuk boyunca birden fazla yayıcı üzerinden genişleyerek daha küçük bir sapma açısı oluşturur.
Sonuç olarak, lazer diyot çubukları doğal olarak hızlı eksende yüksek sapma ve yavaş eksende düşük sapma gösterir.
3. Sapma Açısının Sistem Tasarımını Nasıl Etkilediği
① Yüksek Kolimasyon ve Işın Şekillendirme Maliyeti
Ham ışın demetinin yüksek asimetrisi nedeniyle, FAC (Hızlı Eksen Kolimasyonu) ve SAC (Yavaş Eksen Kolimasyonu) optiklerinin kullanılması gerekmektedir. Bu durum sistem karmaşıklığını artırır ve yüksek kurulum hassasiyeti ile termal kararlılık gerektirir.
② Sınırlı Fiber Bağlantı Verimliliği
Lazer ışınlarını çok modlu fiberlere, optik sistemlere veya asferik lenslere bağlarken, büyük hızlı eksen sapması ışın "taşmasına" yol açarak bağlantı verimliliğini azaltabilir. Sapma, optik kayıpların önemli bir kaynağıdır.
③ Modül İstiflemede Işın Kalitesi
Çok çubuklu istiflenmiş modüllerde, yetersiz kontrol edilen sapma, eşit olmayan ışın örtüşmesine veya uzak alan bozulmasına neden olarak odaklama hassasiyetini ve termal dağılımı etkileyebilir.
4. Lazer Diyot Çubuklarında Sapmanın Kontrolü ve Optimizasyonu
Farklılaşma büyük ölçüde cihaz yapısı tarafından belirlense de, optimizasyon için sistem düzeyinde çeşitli stratejiler kullanılabilir:
①FAC Lenslerinin Kullanımı
Işın demetini sıkıştıran ve hızlı eksendeki sapmayı azaltan hızlı eksenli bir kolimasyon merceğini, ışın yayan yüzeye yakın yerleştirmek çoğu tasarımda önemlidir.
②Ek Şekillendirme için SAC Lensleri
Yavaş eksen sapması daha küçük olsa da, düzgün bir çıkış elde etmek için dizilerde veya doğrusal ışık kaynaklarında şekillendirme yine de gereklidir.
③Işın Birleştirme ve Optik Şekillendirme Tasarımı
Mikro mercek dizileri, silindirik mercekler veya yapılandırılmış optikler kullanılarak, birden fazla lazer ışını yüksek parlaklıkta ve homojen bir çıkışa dönüştürülebilir.
④Cihaz Seviyesinde Dalga Kılavuzu Optimizasyonu
Aktif katman kalınlığının, dalga kılavuzu tasarımının ve ızgara yapılarının ayarlanması, çip seviyesinden hızlı eksen sapmasını daha da hassas bir şekilde ayarlamayı 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, bağlantı verimliliğini ve ışın odaklanmasını iyileştirir.
②Tıbbi Cihazlar
Lazer tedavisi ve epilasyon gibi sistemlerde, sapmanın yönetilmesi daha homojen enerji dağılımı ve daha güvenli, daha etkili bir tedavi sağlar.
③Endüstriyel Malzeme İşleme
Lazer kaynak ve kesiminde, optimize edilmiş sapma açısı daha yüksek güç yoğunluğuna, daha iyi odaklanmaya ve daha hassas, verimli işlemeye katkıda bulunur.
6. Sonuç
Lazer diyot çubuğunun sapma açısı, mikro ölçekli çip fiziğinden makro ölçekli optik sistemlere geçişte kritik bir noktadır.
Bu, hem ışın kalitesi göstergesi hem de entegrasyon için bir tasarım sınırı görevi görür. Uygulama talepleri ve sistem karmaşıklığı artmaya devam ettikçe, sapmayı anlamak ve kontrol etmek, özellikle daha yüksek güç, parlaklık ve güvenilirlik hedeflerine ulaşmak için lazer üreticileri ve entegratörleri için temel bir yetkinlik haline gelmektedir.
Yayın tarihi: 14 Temmuz 2025