I takt med at højeffektlaserapplikationer fortsætter med at udvide sig, er laserdiodestænger blevet uundværlige inden for områder som laserpumpning, industriel forarbejdning, medicinsk udstyr og videnskabelig forskning. Med deres fremragende effekttæthed, modulære skalerbarhed og høje elektrooptiske effektivitet er disse enheder kernen i mange moderne lasersystemer. Men blandt de mange præstationsindikatorer for en laserdiodestang overses én parameter ofte, men er kritisk vigtig: divergensvinklen. Denne artikel udforsker karakteristika, fysiske oprindelser og implikationer af divergensvinklen i laserdiodestænger - og hvordan optisk design effektivt kan håndtere den.
1. Hvad er en divergensvinkel?
Divergensvinklen beskriver, hvordan en laserstråle spredes, når den udbreder sig i det frie rum. Den angiver, i hvilken grad strålen udvider sig fra emissionsfacetten. I laserdiodestænger udviser divergensvinklen stærk asymmetri i to hovedretninger:
Hurtig akse: Vinkelret på stangens overflade. Emissionsområdet er ekstremt smalt (typisk 1-2 µm), hvilket fører til store divergensvinkler, ofte 30°-45° eller mere.
Langsom akse: Parallel med bjælkens længde. Emissionsområdet er meget bredere (hundredvis af mikrometer), hvilket resulterer i mindre divergensvinkler, typisk omkring 5°–15°.
Denne asymmetriske divergens er en stor designudfordring for systemintegration, der involverer laserdiodestænger.
2. Divergensens fysiske oprindelse
Divergensvinklen bestemmes primært af bølgelederstrukturen og emissionsfacetstørrelsen:
I den hurtige akse er emissionsområdet ekstremt lille. Ifølge diffraktionsteori resulterer mindre aperturer i større divergens.
I den langsomme akse udvider strålen sig langs stangens længde på tværs af flere emittere, hvilket resulterer i en mindre divergensvinkel.
Som et resultat udviser laserdiodestænger i sagens natur høj divergens i den hurtige akse og lav divergens i den langsomme akse.
3. Hvordan divergensvinkel påvirker systemdesign
① Høje omkostninger ved kollimering og stråleformning
På grund af den høje asymmetri i den rå stråle skal der anvendes FAC (Fast Axis Collimation) og SAC (Slow Axis Collimation) optik. Dette øger systemets kompleksitet og kræver høj installationspræcision og termisk stabilitet.
② Begrænset fiberkoblingseffektivitet
Når laserstænger kobles til multimodefibre, optiske systemer eller asfæriske linser, kan den store divergens med hurtig akse føre til stråle-"spillover", hvilket reducerer koblingseffektiviteten. Divergens er en væsentlig kilde til optisk tab.
③ Strålekvalitet i modulstabling
I moduler med flere stablede strålestænger kan dårligt kontrolleret divergens forårsage ujævn stråleoverlapning eller fjernfeltforvrængning, hvilket påvirker fokuseringspræcisionen og termisk fordeling.
4. Sådan kontrollerer og optimerer du divergens i laserdiodebarer
Selvom divergens i vid udstrækning er defineret af enhedsstrukturen, kan flere strategier på systemniveau bruges til optimering:
①Brug af FAC-linser
Placering af en kollimeringslinse med hurtig akse tæt på den emitterende facet komprimerer strålen og reducerer divergens i den hurtige akse – dette er vigtigt i de fleste designs.
②SAC-linser til yderligere formgivning
Selvom divergensen i den langsomme akse er mindre, er formning stadig nødvendig i arrays eller linjelyskilder for at opnå ensartet output.
③Strålekombinering og optisk formningsdesign
Brug af mikrolinsearrays, cylindriske linser eller struktureret optik kan hjælpe med at forme flere laserstråler til et ensartet output med høj lysstyrke.
④Optimering af bølgeleder på enhedsniveau
Justering af det aktive lagtykkelse, bølgelederdesign og gitterstrukturer kan yderligere forfine den hurtige akse-divergens fra chipniveauet.
5. Divergenskontrol i virkelige applikationer
①Laserpumpekilder
I højtydende solid-state- eller fiberlasersystemer fungerer laserdiodestænger som pumpekilder. Kontrol af divergens – især i den hurtige akse – forbedrer koblingseffektiviteten og strålefokuseringen.
②Medicinsk udstyr
For systemer som laserterapi og hårfjerning sikrer håndtering af divergens en mere ensartet energitilførsel og en sikrere og mere effektiv behandling.
③Industriel materialeforarbejdning
Ved lasersvejsning og -skæring bidrager optimeret divergens til højere effekttæthed, bedre fokus og mere præcis og effektiv bearbejdning.
6. Konklusion
Divergensvinklen for en laserdiodestang er et afgørende overgangspunkt - fra chipfysik på mikroskala til optiske systemer på makroskala.
Den fungerer både som en indikator for strålekvalitet og en designgrænse for integration. Efterhånden som applikationskrav og systemkompleksitet fortsætter med at stige, bliver forståelse og styring af divergens en kernekompetence for både laserproducenter og integratorer – især for at fremme højere effekt, lysstyrke og pålidelighed.
Opslagstidspunkt: 14. juli 2025