في العديد من التطبيقات، يكون من المناسب دمج مخرجات صمام ثنائي ليزر في ألياف بصرية لتوصيل الضوء حيثما تكون هناك حاجة إليه.
المزايا:
يتمتع الضوء المنبعث من الألياف بمظهر كثافة دائري وسلس (متجانس) وجودة شعاع متناظرة، وهو أمر مريح للغاية في كثير من الحالات. على سبيل المثال، يلزم وجود بصريات أقل تعقيدًا لإنتاج نقطة مضخة مستديرة لليزر ذو الحالة الصلبة الذي يتم ضخه نهائيًا.
يمكن إزالة صمام ثنائي الليزر مع تبريده، على سبيل المثال من رأس ليزر الحالة الصلبة، والذي يمكن أن يكون أكثر إحكاما ويترك مساحة أكبر للأجزاء الأخرى هنا.
يمكن بسهولة استبدال ليزر الصمام الثنائي المعيب المقترن بالألياف دون تغيير محاذاة الجهاز باستخدام الضوء.
يمكن دمج المكونات المقترنة بالألياف بسهولة مع مكونات الألياف الأخرى.
أنواع ليزر الصمام الثنائي المقترن بالألياف
يتم بيع العديد من أجهزة الليزر ذات الصمام الثنائي في شكل مقترن بالألياف، مع بصريات اقتران ألياف قوية مدمجة في حزمة الليزر (على سبيل المثال، ملحق ألياف اللحام بالليزر الدائم). تختلف الألياف والتقنيات المستخدمة في ليزرات الصمام الثنائي المختلفة اختلافًا كبيرًا:
أبسط الحالات هي VCSEL (الليزر الباعث لسطح التجويف العمودي)، والذي يصدر عادةً شعاعًا بجودة شعاع عالية، وتباعدًا متوسطًا للشعاع، ولا يوجد به استجماتيزم، وتوزيع دائري للكثافة. تكفي عدسة كروية بسيطة لتصوير نقطة الانبعاث في قلب الألياف أحادية الوضع. يمكن تحقيق كفاءات اقتران بترتيب 70-80%. من الممكن أيضًا ربط الألياف (المفصلة بعقب) مباشرة بالسطح الباعث لـ VCSEL.
تنبعث أيضًا ثنائيات الليزر الصغيرة التي تنبعث من الحافة في وضع مكاني واحد، وبالتالي تسمح أيضًا من حيث المبدأ بالاقتران الفعال بالألياف أحادية الوضع. ومع ذلك، إذا تم استخدام عدسة كروية بسيطة، فسيتم تقليل كفاءة الاقتران بشكل كبير بسبب إهليلجية الحزمة. علاوة على ذلك، يكون انحراف الشعاع مرتفعًا نسبيًا في اتجاه واحد على الأقل، مما يتطلب عدسات ذات فتحة رقمية عالية نسبيًا. مشكلة أخرى هي الاستجماتيزم الناتج من الصمام الثنائي، وخاصة بالنسبة للثنائيات الموجهة الكسب؛ ويمكن تعويض ذلك عن طريق عدسات أسطوانية ضعيفة إضافية. مع طاقات خرج تصل إلى بضع مئات من المللي واط، يمكن استخدام LDs الموجهة بالكسب المقترنة بالألياف لضخ، على سبيل المثال، مضخمات الألياف المشبعة بالإربيوم.
إعداد تخطيطي لصمام ثنائي ليزر بسيط ذو طاقة منخفضة مقترن بالألياف. يتم استخدام عدسة كروية (أو ربما عدسة مزدوجة) لتصوير جانب الصمام الثنائي الليزري في قلب الألياف. تقلل إهليلجية الشعاع والاستجماتيزم من كفاءة الاقتران.
الثنائيات الليزرية ذات المساحة الواسعة هي متعددة الأوضاع مكانيًا في الاتجاه الطويل للباعث. إذا تم تشكيل الشعاع المستدير ببساطة باستخدام عدسة أسطوانية ثم إطلاقه في ألياف متعددة الأوضاع، فسيتم فقدان الكثير من السطوع (الإشعاع) لأنه لا يمكن استغلال جودة الشعاع العالي في اتجاه المحور السريع. على سبيل المثال، يمكن إطلاق 1 واط من الطاقة في ألياف متعددة الأوضاع يبلغ قطرها الأساسي 50 ميكرومتر وفتحة عددية (NA) تبلغ 0.12. وهذا يكفي لضخ كميات كبيرة من الليزر منخفضة الطاقة، مثل ليزر الرقائق الدقيقة. حتى القوى المطلقة البالغة 10 واط ممكنة.
إعداد تخطيطي لصمام ثنائي ليزر بسيط واسع المساحة ومقترن بالألياف. يتم استخدام عدسة ليفية لموازنة الشعاع في اتجاه المحور السريع.
تعتمد تقنية الليزر واسعة النطاق المحسنة على تشكيل الشعاع قبل الإطلاق للحصول على جودة شعاع متماثلة (وليس فقط نصف قطر شعاع متماثل). وهذا يسمح بسطوع أعلى.
بالنسبة لقضبان الصمام الثنائي (مصفوفات الصمام الثنائي)، تكون مشكلة جودة الشعاع غير المتماثل أكثر خطورة. هنا، يمكن ربط مخرجات الباعثات الفردية بألياف منفصلة لحزمة ألياف. يتم ترتيب الألياف في مصفوفة خطية على جانب واحد من شريط الصمام الثنائي، ولكن في مصفوفة دائرية على طرف الإخراج. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام نوع من مشكل الشعاع لجعل جودة الشعاع متناظرة قبل إطلاقه في ليف واحد متعدد الأوضاع. ويمكن القيام بذلك، على سبيل المثال، باستخدام أداة تشكيل شعاع ذات مرآتين أو بعض البصريات الدقيقة. على سبيل المثال، يمكن إقران 30 W في ألياف يبلغ قطرها الأساسي 200-μm (أو حتى 100-μm) وNA يبلغ 0.22. يمكن استخدام مثل هذا الإعداد، على سبيل المثال، لضخ أشعة الليزر Nd:YAG أو Nd:YVO 4 بقدرة خرج تبلغ حوالي 15 واط.
بالنسبة لمكدس الصمام الثنائي، يتم استخدام الألياف ذات القطر الأساسي الأكبر. على سبيل المثال، يمكن دمج مئات الواط (أو حتى كيلووات) من الطاقة الضوئية في ألياف يبلغ قطرها الأساسي 600 ميكرومتر وNA=0.22.
عيوب اقتران الألياف
بعض العيوب المحتملة لليزر الثنائي المقترن بالألياف مقارنةً بالليزر الذي ينبعث من الفضاء الحر هي:
تكلفة أعلى. ومع ذلك، قد يتم تعويض ذلك من خلال التوفير المكتسب من التعامل مع الحزمة وتسليمها بطريقة أبسط.
يتم تقليل طاقة الإخراج قليلاً، والأهم من ذلك، الإشراق. قد يكون فقدان الإشعاع كبيرًا (يتجاوز حجمه) أو صغيرًا جدًا، اعتمادًا على تقنية اقتران الألياف. في بعض الحالات، قد لا يكون هذا مشكلة، لكنه في حالات أخرى يقدم تحديات كبيرة مثل تصميم ليزر ضخم مضخ بالديود أو ليزر ألياف عالي الطاقة.
في معظم الحالات (خاصة الألياف متعددة الأوضاع)، لا تحافظ الألياف على الاستقطاب. عادةً ما يكون مخرج الألياف مستقطبًا جزئيًا، وستتغير حالة الاستقطاب عند تحريك الألياف أو عندما تتغير درجة الحرارة. يمكن أن يؤدي هذا إلى مشاكل استقرار خطيرة لأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة التي يتم ضخها بالديود عندما يعتمد امتصاص المضخة على الاستقطاب (كما هو الحال في Nd:YVO 4 ).
قد لا تكون منتجات الصمام الثنائي الليزري المقترنة بالألياف متاحة أيضًا لكل طول موجي بصري.
جودة شعاع إخراج الألياف
عادةً لا يتم تحديد جودة شعاع مخرج الألياف؛ في كثير من الحالات، لا يُعرف سوى القطر الأساسي والفتحة العددية (NA)، ويفترض وجود ألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر خطوة. في هذه الحالة، لا توجد صيغة لحساب جودة الشعاع بدقة، لأنها تعتمد على توزيع الطاقة الضوئية عبر أوضاع الألياف، والذي يعتمد في حد ذاته على ظروف الإطلاق. ومع ذلك، يمكن تقدير عامل جودة الحزمة M2 بشكل تقريبي، على افتراض أن القدرة موزعة بشكل جيد على الأساليب وبالتالي فإن الفتحة الرقمية تمثل تقديراً معقولاً لانحراف الحزمة الفعلي (الذي قد يكون أعلى قليلاً). يؤدي هذا إلى المعادلة M2≈(π /π)ΝΑ، حيث a هو نصف قطر قلب الألياف (أي نصف قطر القلب). يمكن أيضًا تحسين جودة الشعاع بشكل كبير إذا تم إطلاق الضوء في الغالب في أوضاع الألياف الموجهة ذات الترتيب المنخفض، ولكنها قد تتدهور بسبب الانحناء القوي للألياف.
عنواننا
B-1507 قصر Ruiding، رقم 200 طريق Zhenhua، منطقة Xihu
رقم التليفون
0086 181 5840 0345
بريد إلكتروني
info@brandnew-china.com
