Namate hoë-krag laser toepassings steeds uitbrei, het laserdiode stawe onontbeerlik geword in gebiede soos laserpomping, industriële verwerking, mediese toerusting en wetenskaplike navorsing. Met hul uitstekende kragdigtheid, modulêre skaalbaarheid en hoë elektro-optiese doeltreffendheid, is hierdie toestelle die kern van baie moderne laserstelsels. Tog, onder die vele prestasie-aanwysers van 'n laserdiode staaf, word een parameter dikwels oor die hoof gesien, maar is krities belangrik: die divergensiehoek. Hierdie artikel ondersoek die eienskappe, fisiese oorsprong en implikasies van die divergensiehoek in laserdiode stawe - en hoe optiese ontwerp dit effektief kan bestuur.
1. Wat is 'n divergensiehoek?
Die divergensiehoek beskryf hoe 'n laserstraal versprei soos dit in vrye ruimte voortplant. Dit dui die mate aan waarin die straal vanaf die emissiefaset uitbrei. In laserdiodestawe vertoon die divergensiehoek sterk asimmetrie in twee hoofrigtings:
Vinnige As: Loodreg op die staafoppervlak. Die emissiegebied is uiters smal (tipies 1–2 µm), wat lei tot groot divergensiehoeke, dikwels 30°–45° of meer.
Stadige As: Parallel aan die lengte van die staaf. Die emissiegebied is baie wyer (honderde mikron), wat lei tot kleiner divergensiehoeke, tipies rondom 5°–15°.
Hierdie asimmetriese divergensie is 'n groot ontwerpuitdaging vir stelselintegrasie wat laserdiodestawe behels.
2. Die Fisiese Oorsprong van Divergensie
Die divergensiehoek word hoofsaaklik bepaal deur die golfgeleierstruktuur en die emissiefasetgrootte:
In die vinnige as is die emissie-area uiters klein. Volgens diffraksieteorie lei kleiner openinge tot groter divergensie.
In die stadige as brei die straal uit langs die lengte van die staaf oor verskeie emitters, wat 'n kleiner divergensiehoek tot gevolg het.
Gevolglik toon laserdiodestawe inherent hoë divergensie in die vinnige as en lae divergensie in die stadige as.
3. Hoe Divergensiehoek Stelselontwerp Beïnvloed
① Hoë koste van kollimasie en balkvorming
As gevolg van die hoë asimmetrie van die rou straal, moet FAC (Fast Axis Collimation) en SAC (Slow Axis Collimation) optika gebruik word. Dit verhoog die stelselkompleksiteit en vereis hoë installasiepresisie en termiese stabiliteit.
② Beperkte Veselkoppelingsdoeltreffendheid
Wanneer laserstawe in multimodusvesels, optiese stelsels of asferiese lense gekoppel word, kan die groot vinnige-as-divergensie lei tot straal-"oorspoeling", wat die koppelingsdoeltreffendheid verminder. Divergensie is 'n belangrike bron van optiese verlies.
③ Straalkwaliteit in modulestapeling
In gestapelde modules met verskeie stawe kan swak beheerde divergensie ongelyke straaloorvleueling of verveldvervorming veroorsaak, wat fokuspresisie en termiese verspreiding beïnvloed.
4. Hoe om divergensie in laserdiodestawe te beheer en te optimaliseer
Alhoewel divergensie grootliks deur die toestelstruktuur gedefinieer word, kan verskeie stelselvlakstrategieë vir optimalisering gebruik word:
①Gebruik van FAC-lense
Deur 'n vinnige-as-kollimasielens naby die emitterende faset te plaas, word die straal saamgepers en divergensie in die vinnige-as verminder – dit is noodsaaklik in die meeste ontwerpe.
②SAC-lense vir bykomende vorming
Alhoewel die stadige-as-divergensie kleiner is, is vorming steeds nodig in skikkings of lynligbronne om 'n eenvormige uitset te verkry.
③Straalkombinasie en Optiese Vormontwerp
Die gebruik van mikrolens-skikkings, silindriese lense of gestruktureerde optika kan help om veelvuldige laserstrale in 'n hoë-helderheid, eenvormige uitset te vorm.
④Toestelvlak-golfgeleieroptimalisering
Deur die dikte van die aktiewe laag, golfgeleierontwerp en roosterstrukture aan te pas, kan die vinnige-as-divergensie vanaf die skyfievlak verder verfyn word.
5. Divergensiebeheer in werklike toepassings
①Laserpompbronne
In hoë-krag vastetoestand- of vesellaserstelsels dien laserdiodestawe as pompbronne. Die beheer van divergensie – veral in die vinnige as – verbeter koppeldoeltreffendheid en straalfokussering.
②Mediese Toestelle
Vir stelsels soos laserterapie en haarverwydering, verseker die bestuur van divergensie meer eenvormige energietoevoer en veiliger, meer effektiewe behandeling.
③Industriële Materiaalverwerking
In lasersweiswerk en -sny dra geoptimaliseerde divergensie by tot hoër kragdigtheid, beter fokus en meer akkurate, doeltreffende verwerking.
6. Gevolgtrekking
Die divergensiehoek van 'n laserdiodestaaf is 'n belangrike oorgangspunt - van mikroskaal-skyfisika na makroskaal-optiese stelsels.
Dit dien as beide 'n straalkwaliteitsaanwyser en 'n ontwerpgrens vir integrasie. Namate toepassingseise en stelselkompleksiteit aanhou styg, word die begrip en beheer van divergensie 'n kernbevoegdheid vir laservervaardigers en integrators – veral vir die bevordering van hoër krag, helderheid en betroubaarheid.
Plasingstyd: 14 Julie 2025