Etter hvert som høyeffektslaserapplikasjoner fortsetter å ekspandere, har laserdiodeskiver blitt uunnværlige innen områder som laserpumping, industriell prosessering, medisinsk utstyr og vitenskapelig forskning. Med sin utmerkede effekttetthet, modulære skalerbarhet og høye elektrooptiske effektivitet er disse enhetene kjernen i mange moderne lasersystemer. Likevel, blant de mange ytelsesindikatorene til en laserdiodeskive, er det én parameter som ofte overses, men som er kritisk viktig: divergensvinkelen. Denne artikkelen utforsker egenskapene, den fysiske opprinnelsen og implikasjonene av divergensvinkelen i laserdiodeskiver – og hvordan optisk design kan håndtere den effektivt.
1. Hva er en divergensvinkel?
Divergensvinkelen beskriver hvordan en laserstråle sprer seg når den forplanter seg i fritt rom. Den indikerer i hvilken grad strålen utvider seg fra emisjonsfasetten. I laserdiodestenger viser divergensvinkelen sterk asymmetri i to hovedretninger:
Rask akse: Vinkelrett på stangoverflaten. Utslippsområdet er ekstremt smalt (vanligvis 1–2 µm), noe som fører til store divergensvinkler, ofte 30°–45° eller mer.
Langsom akse: Parallell med lengden på stangen. Utslippsområdet er mye bredere (hundrevis av mikron), noe som resulterer i mindre divergensvinkler, vanligvis rundt 5°–15°.
Denne asymmetriske divergensen er en stor designutfordring for systemintegrasjon som involverer laserdiodestenger.
2. Den fysiske opprinnelsen til divergens
Divergensvinkelen bestemmes primært av bølgelederstrukturen og emisjonsfasettstørrelsen:
I den raske aksen er emisjonsområdet ekstremt lite. I følge diffraksjonsteorien resulterer mindre aperturer i større divergens.
I den langsomme aksen utvider strålen seg langs stangens lengde over flere emittere, noe som resulterer i en mindre divergensvinkel.
Som et resultat viser laserdiodestenger iboende høy divergens i den raske aksen og lav divergens i den langsomme aksen.
3. Hvordan divergensvinkel påvirker systemdesign
① Høye kostnader for kollimering og bjelkeforming
På grunn av den høye asymmetrien i råstrålen må FAC-optikk (Fast Axis Collimation) og SAC-optikk (Slow Axis Collimation) brukes. Dette øker systemets kompleksitet og krever høy installasjonspresisjon og termisk stabilitet.
② Begrenset fiberkoblingseffektivitet
Når laserstenger kobles til multimodusfibre, optiske systemer eller asfæriske linser, kan den store divergensen i den raske aksen føre til stråle-"spillover", noe som reduserer koblingseffektiviteten. Divergens er en viktig kilde til optisk tap.
③ Strålekvalitet i modulstabling
I moduler med flere stolper stablet, kan dårlig kontrollert divergens forårsake ujevn stråleoverlapping eller fjernfeltforvrengning, noe som påvirker fokuseringspresisjonen og termisk fordeling.
4. Hvordan kontrollere og optimalisere divergens i laserdiodeskiver
Selv om divergens i stor grad er definert av enhetsstrukturen, kan flere strategier på systemnivå brukes for optimalisering:
①Bruk av FAC-linser
Å plassere en kollimeringslinse med hurtigakse nær den emitterende fasetten komprimerer strålen og reduserer divergens i den hurtigaksen – dette er viktig i de fleste design.
②SAC-linser for ekstra forming
Selv om divergensen på den langsomme aksen er mindre, er forming fortsatt nødvendig i matriser eller linjelyskilder for å oppnå jevn utgang.
③Strålekombinering og optisk formingsdesign
Bruk av mikrolinsearrayer, sylindriske linser eller strukturert optikk kan bidra til å forme flere laserstråler til en jevn utgang med høy lysstyrke.
④Optimalisering av bølgeleder på enhetsnivå
Justering av tykkelsen på det aktive laget, bølgelederdesignet og gitterstrukturene kan ytterligere forbedre divergensen på hurtigaksen fra brikkenivået.
5. Divergenskontroll i virkelige applikasjoner
①Laserpumpekilder
I høyeffekts faststoff- eller fiberlasersystemer fungerer laserdiodestenger som pumpekilder. Kontroll av divergens – spesielt i den raske aksen – forbedrer koblingseffektiviteten og strålefokuseringen.
②Medisinske apparater
For systemer som laserterapi og hårfjerning sikrer håndtering av divergens ensartetere energitilførsel og en tryggere og mer effektiv behandling.
③Industriell materialbehandling
I lasersveising og -skjæring bidrar optimalisert divergens til høyere effekttetthet, bedre fokus og mer presis og effektiv prosessering.
6. Konklusjon
Divergensvinkelen til en laserdiodestang er et avgjørende overgangspunkt – fra mikroskala brikkefysikk til makroskala optiske systemer.
Den fungerer både som en indikator på strålekvalitet og en designgrense for integrasjon. Etter hvert som applikasjonskrav og systemkompleksitet fortsetter å øke, blir forståelse og kontroll av divergens en kjernekompetanse for både laserprodusenter og integratorer – spesielt for å utvikle seg mot høyere effekt, lysstyrke og pålitelighet.
Publisert: 14. juli 2025