Լազերային դիոդային ձողերի դիվերգենցիայի անկյունը. լայն ճառագայթներից մինչև բարձր արդյունավետության կիրառություններ

Քանի որ բարձր հզորության լազերային կիրառությունները շարունակում են ընդլայնվել, լազերային դիոդային ձողերը դարձել են անփոխարինելի այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են լազերային պոմպը, արդյունաբերական մշակումը, բժշկական սարքավորումները և գիտական ​​հետազոտությունները: Իրենց գերազանց հզորության խտության, մոդուլային մասշտաբայնության և բարձր էլեկտրաօպտիկական արդյունավետության շնորհիվ այս սարքերը շատ ժամանակակից լազերային համակարգերի հիմքում են: Այնուամենայնիվ, լազերային դիոդային ձողի բազմաթիվ ցուցանիշների շարքում մեկ պարամետր հաճախ անտեսվում է, բայց չափազանց կարևոր է՝ դիվերգենցիայի անկյունը: Այս հոդվածը ուսումնասիրում է լազերային դիոդային ձողերի դիվերգենցիայի անկյան բնութագրերը, ֆիզիկական ծագումը և հետևանքները, և թե ինչպես կարող է օպտիկական դիզայնը արդյունավետորեն կառավարել այն:

1. Ի՞նչ է դիվերգենցիայի անկյունը։

Դիվերգենցիայի անկյունը նկարագրում է, թե ինչպես է լազերային ճառագայթը տարածվում ազատ տարածության մեջ։ Այն ցույց է տալիս, թե որքանով է ճառագայթը ընդարձակվում ճառագայթման նիստից։ Լազերային դիոդային ձողերում դիվերգենցիայի անկյունը ցուցաբերում է ուժեղ ասիմետրիա երկու հիմնական ուղղություններով՝

Արագ առանցք. ուղղահայաց է ձողի մակերեսին։ Ճառագայթման շրջանը չափազանց նեղ է (սովորաբար 1–2 մկմ), ինչը հանգեցնում է մեծ դիվերգենցիայի անկյունների, հաճախ 30°–45° կամ ավելի։

Դանդաղ առանցք. զուգահեռ է ձողի երկարությանը։ Ճառագայթման շրջանը շատ ավելի լայն է (հարյուրավոր միկրոններ), ինչը հանգեցնում է ավելի փոքր դիվերգենցիայի անկյունների, սովորաբար մոտ 5°–15°։

Այս ասիմետրիկ դիվերգենցիան լազերային դիոդային ձողերի հետ կապված համակարգի ինտեգրման հիմնական նախագծային մարտահրավեր է։

2. Դիվերգենցիայի ֆիզիկական ծագումը

Դիվերգենցիայի անկյունը հիմնականում որոշվում է ալիքատարի կառուցվածքով և ճառագայթման նիստի չափսով։

Արագ առանցքում ճառագայթման մակերեսը չափազանց փոքր է։ Դիֆրակցիոն տեսության համաձայն, փոքր ապերտուրաները հանգեցնում են ավելի մեծ դիվերգենցիայի։

Դանդաղ առանցքում ճառագայթը լայնանում է ձողի երկարությամբ բազմաթիվ ճառագայթիչների միջով, ինչի արդյունքում առաջանում է ավելի փոքր դիվերգենցիայի անկյուն։

Արդյունքում, լազերային դիոդային ձողերը բնույթով ցուցաբերում են բարձր դիվերգենցիա արագ առանցքում և ցածր դիվերգենցիա դանդաղ առանցքում։

3. Ինչպես է դիվերգենցիայի անկյունը ազդում համակարգի նախագծման վրա

① Կոլիմացիայի և ճառագայթի ձևավորման բարձր արժեքը

Հում ճառագայթի բարձր ասիմետրիայի պատճառով անհրաժեշտ է օգտագործել FAC (արագ առանցքային կոլիմացիա) և SAC (դանդաղ առանցքային կոլիմացիա) օպտիկա։ Սա մեծացնում է համակարգի բարդությունը և պահանջում է բարձր տեղադրման ճշգրտություն և ջերմային կայունություն։

② Սահմանափակ մանրաթելային միացման արդյունավետություն

Երբ լազերային ձողերը միացվում են բազմամոդ մանրաթելերի, օպտիկական համակարգերի կամ ասֆերիկ ոսպնյակների հետ, արագ առանցքի մեծ դիվերգենցիան կարող է հանգեցնել ճառագայթի «թափման», ինչը նվազեցնում է միացման արդյունավետությունը: Դիվերգենցիան օպտիկական կորստի հիմնական աղբյուրն է:

③ Շինարարական մոդուլների դասավորության որակը

Բազմաշերտ դարսված մոդուլներում վատ կառավարվող դիվերգենցիան կարող է առաջացնել անհավասար ճառագայթի համընկնում կամ հեռավոր դաշտի աղավաղում, ինչը ազդում է ֆոկուսավորման ճշգրտության և ջերմային բաշխման վրա։

4. Ինչպես վերահսկել և օպտիմալացնել դիվերգենցիան լազերային դիոդային ձողերում

Չնայած դիվերգենցիան մեծապես սահմանվում է սարքի կառուցվածքով, օպտիմալացման համար կարող են օգտագործվել մի քանի համակարգային մակարդակի ռազմավարություններ.

①FAC ոսպնյակների օգտագործումը

Արագ առանցքի կոլիմացիոն ոսպնյակը ճառագայթող նիստին մոտ տեղադրելը սեղմում է ճառագայթը և նվազեցնում է արագ առանցքի դիվերգենցիան. սա կարևոր է նախագծերի մեծ մասում։

②SAC ոսպնյակներ լրացուցիչ ձևավորման համար

Չնայած դանդաղ առանցքի շեղումն ավելի փոքր է, զանգվածներում կամ գծային լույսի աղբյուրներում դեռևս անհրաժեշտ է ձևավորում՝ միատարր ելք ստանալու համար։

③Ճառագայթի համակցման և օպտիկական ձևավորման նախագծում

Միկրոոսպնյակների զանգվածների, գլանաձև ոսպնյակների կամ կառուցվածքային օպտիկայի օգտագործումը կարող է օգնել բազմաթիվ լազերային ճառագայթներ ձևավորել բարձր պայծառության, միատարր ելքային լույսի։

④Սարքի մակարդակի ալիքատարի օպտիմալացում

Ակտիվ շերտի հաստության, ալիքատարի դիզայնի և ցանցային կառուցվածքների կարգավորումը կարող է էլ ավելի կատարելագործել չիպի մակարդակից արագ առանցքի շեղումը։

5. Դիվերգենցիայի կառավարումը իրական աշխարհի կիրառություններում

①Լազերային պոմպի աղբյուրներ

Բարձր հզորության պինդ վիճակում կամ մանրաթելային լազերային համակարգերում լազերային դիոդային ձողերը ծառայում են որպես պոմպի աղբյուրներ: Դիվերգենցիայի կառավարումը, հատկապես արագ առանցքում, բարելավում է միացման արդյունավետությունը և ճառագայթի ֆոկուսացումը:

②Բժշկական սարքեր

Լազերային թերապիայի և մազահեռացման նման համակարգերի համար դիվերգենցիայի կառավարումը ապահովում է ավելի միատարր էներգիայի մատակարարում և ավելի անվտանգ ու արդյունավետ բուժում։

③Արդյունաբերական նյութերի վերամշակում

Լազերային եռակցման և կտրման մեջ օպտիմիզացված դիվերգենցիան նպաստում է հզորության ավելի բարձր խտության, ավելի լավ կենտրոնացման և ավելի ճշգրիտ ու արդյունավետ մշակման:

6. Եզրակացություն

Լազերային դիոդային սալիկի դիվերգենցիայի անկյունը կարևոր անցումային կետ է՝ միկրոմասշտաբի չիպային ֆիզիկայից դեպի մակրոմասշտաբի օպտիկական համակարգեր։
Այն ծառայում է որպես ճառագայթի որակի ցուցիչ և ինտեգրման նախագծային սահման։ Քանի որ կիրառման պահանջները և համակարգի բարդությունը շարունակում են աճել, դիվերգենցիայի հասկացումը և վերահսկումը դառնում են լազերային արտադրողների և ինտեգրատորների հիմնական իրավասություն, հատկապես ավելի բարձր հզորության, պայծառության և հուսալիության ուղղությամբ առաջընթացի համար։