ماژول دیود لیزر جفت شده فیبر

در بسیاری از کاربردها، اتصال خروجی یک دیود لیزر به یک فیبر نوری برای رساندن نور به جایی که لازم است، راحت است.

 

 

مزایا:

نور ساطع شده از فیبر دارای مشخصات شدت گرد، صاف (همگن) و کیفیت پرتو متقارن است که در بسیاری از موارد بسیار راحت است. به عنوان مثال، برای تولید یک نقطه پمپ گرد برای یک لیزر حالت جامد با پمپ انتهایی، به اپتیک های پیچیده کمتری نیاز است.

دیود لیزر را می توان همراه با خنک کننده آن برداشت، به عنوان مثال از یک سر لیزر حالت جامد، که می تواند فشرده تر باشد و فضای بیشتری را برای قسمت های دیگر در اینجا باقی بگذارد.

لیزر دایود فیبر کوپل معیوب را می توان به راحتی بدون تغییر تراز دستگاه با استفاده از نور تعویض کرد.

اجزای فیبر کوپل شده را می توان به راحتی با سایر اجزای فیبر ترکیب کرد.

انواع لیزرهای دیود فیبر کوپل شده

بسیاری از لیزرهای دایود به صورت فیبر جفت شده، با فیبر اپتیکی قوی که در بسته لیزری تعبیه شده است (به عنوان مثال، اتصال فیبر جوش لیزری دائمی) فروخته می شود. فیبرها و فناوری های مورد استفاده برای لیزرهای دیودی مختلف بسیار متفاوت است:

ساده ترین مورد، VCSEL (لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی) است که به طور معمول پرتویی با کیفیت پرتو بالا، واگرایی پرتو متوسط، بدون آستیگماتیسم و ​​توزیع شدت دایره ای ساطع می کند. یک لنز کروی ساده برای تصویربرداری از نقطه انتشار در هسته فیبر تک حالته کافی است. راندمان جفت شدن مرتبه 70-80٪ قابل دستیابی است. همچنین می توان فیبر را مستقیماً به سطح تابشی VCSEL جفت کرد.

دیودهای لیزری ساطع کننده لبه کوچک نیز در یک حالت فضایی واحد ساطع می کنند و بنابراین در اصل امکان اتصال کارآمد به فیبرهای تک حالته را نیز فراهم می کنند. با این حال، اگر از یک عدسی کروی ساده استفاده شود، راندمان کوپلینگ به میزان قابل توجهی با بیضی بودن پرتو کاهش می یابد. علاوه بر این، واگرایی پرتو حداقل در یک جهت نسبتاً زیاد است و به لنزهایی با دیافراگم عددی نسبتاً بالا نیاز دارد. مشکل دیگر آستیگماتیسم خروجی دیود است، به ویژه برای دیودهای هدایت شونده. این را می توان با لنزهای استوانه ای ضعیف اضافی جبران کرد. با توان خروجی تا چند صد میلی‌وات، LD‌های هدایت‌شونده با فیبر جفت شده را می‌توان برای پمپ کردن، به عنوان مثال، تقویت‌کننده‌های فیبر دوپ شده با اربیوم استفاده کرد.

راه‌اندازی شماتیک یک دیود لیزری ساده با تابش لبه با فیبر کوپل شده. یک لنز کروی (یا احتمالاً یک عدسی دوتایی) برای تصویربرداری از وجه دیود لیزر در هسته فیبر استفاده می شود. بیضی بودن پرتو و آستیگماتیسم باعث کاهش راندمان جفت می شود.

دیودهای لیزری پهناور از نظر فضایی چند حالته در جهت طولانی امیتر هستند. اگر پرتو گرد به سادگی با یک عدسی استوانه ای شکل داده شود و سپس به یک فیبر چند حالته پرتاب شود، بسیاری از روشنایی (درخشش) از بین می رود زیرا کیفیت پرتو بالا در جهت محور سریع قابل استفاده نیست. به عنوان مثال، 1 وات توان را می توان به یک فیبر چند حالته با قطر هسته 5{3}} میکرومتر و دیافراگم عددی (NA) 0.12 راه اندازی کرد. این برای پمپاژ لیزرهای حجیم کم مصرف، مانند لیزرهای ریزتراشه، کافی است. حتی توان پرتاب 10 وات نیز امکان پذیر است.

راه اندازی شماتیک یک دیود لیزری با سطح وسیع جفت شده با فیبر ساده. از عدسی فیبر برای برخورد پرتو در جهت محور سریع استفاده می شود.

یک فناوری پیشرفته لیزر پهناور مبتنی بر شکل دادن به پرتو قبل از پرتاب برای به دست آوردن کیفیت پرتو متقارن (نه فقط یک شعاع پرتو متقارن) است. این اجازه می دهد تا برای روشنایی بالاتر.

برای میله‌های دیود (آرایه‌های دیود)، مشکل کیفیت پرتو نامتقارن حتی شدیدتر است. در اینجا، خروجی های تابشگرهای منفرد را می توان در فیبرهای جداگانه یک بسته فیبر جفت کرد. فیبرها در یک آرایه خطی در یک طرف میله دیود، اما در یک آرایه دایره ای در انتهای خروجی قرار گرفته اند. روش دیگر، نوعی شکل دهنده پرتو می تواند برای متقارن کردن کیفیت پرتو قبل از پرتاب به یک فیبر چند حالته استفاده شود. این را می توان به عنوان مثال با یک شکل دهنده پرتو دو آینه یا برخی از میکرواپتیک ها انجام داد. به عنوان مثال، 30 W را می توان به فیبری با قطر هسته 200- میکرومتر (یا حتی 100- میکرومتر) و NA 0.22 جفت کرد. از چنین تنظیماتی می توان به عنوان مثال برای پمپاژ لیزرهای Nd:YAG یا Nd:YVO 4 با توان خروجی حدود 15 وات استفاده کرد.

برای پشته دیود، از الیاف با قطر هسته بزرگتر استفاده می شود. به عنوان مثال، صدها وات (یا حتی کیلووات) توان نوری را می توان در فیبری با قطر هسته 600 میکرومتر و NA=0.22 جفت کرد.

معایب کوپلینگ فیبر

برخی از معایب احتمالی لیزرهای دیود کوپل شده فیبر در مقایسه با لیزرهای ساطع کننده فضای آزاد عبارتند از:

هزینه بالاتر. با این حال، این ممکن است با صرفه جویی به دست آمده از حمل و نقل و تحویل تیر ساده تر جبران شود.

توان خروجی اندکی کاهش می یابد و مهمتر از آن درخشندگی است. افت درخشندگی ممکن است بزرگ (بیش از یک مرتبه بزرگی) یا بسیار کم باشد، بسته به تکنیک جفت فیبر. در برخی موارد این ممکن است مشکلی ایجاد نکند، اما در برخی دیگر چالش های مهمی مانند طراحی لیزر حجیم با پمپ دیود یا لیزر فیبر پرقدرت را به همراه دارد.

در بیشتر موارد (به ویژه فیبرهای چند حالته)، فیبر نگهدارنده قطبش نیست. خروجی فیبر معمولاً تا حدی پلاریزه می شود و حالت پلاریزاسیون با جابجایی فیبر یا تغییر دما تغییر می کند. این می تواند منجر به مشکلات پایداری جدی برای لیزرهای حالت جامد پمپ شده با دیود شود، زمانی که جذب پمپ وابسته به قطبش باشد (مانند Nd:YVO 4).

محصولات دیود لیزر کوپل شده با فیبر نیز ممکن است برای هر طول موج نوری در دسترس نباشند.

کیفیت پرتو خروجی فیبر

کیفیت پرتو خروجی فیبر معمولاً مشخص نیست. در بسیاری از موارد فقط قطر هسته و دیافراگم عددی (NA) شناخته شده است و یک فیبر چند حالته با شاخص پله فرض می شود. در این مورد، هیچ فرمولی برای محاسبه دقیق کیفیت پرتو وجود ندارد، زیرا به توزیع توان نوری روی حالت های فیبر بستگی دارد، که خود به شرایط پرتاب بستگی دارد. با این حال، ضریب کیفیت پرتو M2 را می توان تقریباً تخمین زد، با این فرض که توان به خوبی در حالت ها توزیع شده است و بنابراین دیافراگم عددی تخمین معقولی از واگرایی پرتو واقعی (که ممکن است کمی بیشتر باشد) را نشان می دهد. این منجر به معادله M2≈(π /λ)ΝΑ می شود، که در آن a شعاع هسته فیبر است (یعنی نصف قطر هسته). کیفیت پرتو همچنین می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد اگر نور عمدتاً در حالت های فیبر هدایت شونده پایین پرتاب شود، اما ممکن است با خم شدن شدید فیبر کاهش یابد.

تماس با ما

 

آدرس ما

B{0}} عمارت رویدینگ، خیابان ژنهوا شماره 200، منطقه شیهو

شماره تلفن

0086 181 5840 0345

ایمیل

info@brandnew-china.com