A medida que as aplicacións láser de alta potencia continúan a expandirse, as barras de díodos láser tornáronse indispensables en áreas como o bombeo láser, o procesamento industrial, os equipos médicos e a investigación científica. Coa súa excelente densidade de potencia, escalabilidade modular e alta eficiencia electroóptica, estes dispositivos son o núcleo de moitos sistemas láser modernos. Con todo, entre os moitos indicadores de rendemento dunha barra de díodos láser, un parámetro que a miúdo se pasa por alto pero que é de vital importancia: o ángulo de diverxencia. Este artigo explora as características, as orixes físicas e as implicacións do ángulo de diverxencia nas barras de díodos láser, e como o deseño óptico pode xestionalo eficazmente.
1. Que é un ángulo de diverxencia?
O ángulo de diverxencia describe como se propaga un raio láser no espazo libre. Indica ata que punto o raio se expande desde a faceta de emisión. Nas barras de díodos láser, o ángulo de diverxencia presenta unha forte asimetría en dúas direccións principais:
Eixo rápido: perpendicular á superficie da barra. A rexión de emisión é extremadamente estreita (normalmente de 1 a 2 µm), o que leva a grandes ángulos de diverxencia, a miúdo de 30° a 45° ou máis.
Eixo lento: Paralelo á lonxitude da barra. A rexión de emisión é moito máis ancha (centos de micras), o que resulta en ángulos de diverxencia máis pequenos, normalmente arredor de 5°–15°.
Esta diverxencia asimétrica supón un reto de deseño importante para a integración de sistemas que inclúen barras de díodos láser.
2. A orixe física da diverxencia
O ángulo de diverxencia está determinado principalmente pola estrutura da guía de ondas e o tamaño da faceta de emisión:
No eixo rápido, a área de emisión é extremadamente pequena. Segundo a teoría da difracción, as aberturas máis pequenas provocan unha maior diverxencia.
No eixo lento, o feixe expándese ao longo da barra a través de múltiples emisores, o que resulta nun ángulo de diverxencia menor.
Como resultado, as barras de díodos láser presentan inherentemente unha alta diverxencia no eixe rápido e unha baixa diverxencia no eixe lento.
3. Como o ángulo de diverxencia afecta o deseño do sistema
① Alto custo da colimación e da conformación do feixe
Debido á alta asimetría do feixe bruto, débense empregar ópticas FAC (colimación rápida do eixe) e SAC (colimación lenta do eixe). Isto aumenta a complexidade do sistema e esixe unha alta precisión de instalación e estabilidade térmica.
② Eficiencia limitada de acoplamento de fibra
Ao acoplar barras láser en fibras multimodo, sistemas ópticos ou lentes asféricas, a gran diverxencia do eixe rápido pode provocar un "desbordamento" do feixe, o que reduce a eficiencia do acoplamento. A diverxencia é unha fonte importante de perda óptica.
③ Calidade do feixe no apilamento de módulos
Nos módulos apilados con varias barras, unha diverxencia mal controlada pode causar unha superposición desigual do feixe ou distorsión de campo afastado, o que afecta á precisión do enfoque e á distribución térmica.
4. Como controlar e optimizar a diverxencia nas barras de díodos láser
Aínda que a diverxencia está definida en gran medida pola estrutura do dispositivo, pódense empregar varias estratexias a nivel de sistema para a optimización:
1.Uso de lentes FAC
Colocar unha lente de colimación de eixe rápido preto da faceta emisora comprime o feixe e reduce a diverxencia no eixe rápido; isto é esencial na maioría dos deseños.
2.Lentes SAC para unha maior conformación
Aínda que a diverxencia do eixe lento é menor, a conformación aínda é necesaria en matrices ou fontes de luz lineal para lograr unha saída uniforme.
③Combinación de feixes e deseño de conformación óptica
O uso de matrices de microlentes, lentes cilíndricas ou óptica estruturada pode axudar a dar forma a varios feixes láser nunha saída uniforme e de alto brillo.
④Optimización de guías de onda a nivel de dispositivo
Axustar o grosor da capa activa, o deseño da guía de ondas e as estruturas de reixa pode refinar aínda máis a diverxencia do eixe rápido con respecto ao nivel do chip.
5. Control da diverxencia en aplicacións do mundo real
1.Fontes de bomba láser
Nos sistemas láser de estado sólido ou de fibra de alta potencia, as barras de díodos láser serven como fontes de bombeo. O control da diverxencia, especialmente no eixo rápido, mellora a eficiencia do acoplamento e o enfoque do feixe.
2.Dispositivos médicos
Para sistemas como a terapia láser e a depilación, a xestión da diverxencia garante unha subministración de enerxía máis uniforme e un tratamento máis seguro e eficaz.
③Procesamento de materiais industriais
Na soldadura e corte por láser, a diverxencia optimizada contribúe a unha maior densidade de potencia, un mellor enfoque e un procesamento máis preciso e eficiente.
6. Conclusión
O ángulo de diverxencia dunha barra de díodos láser é un punto de transición crucial, desde a física de chips a microescala ata os sistemas ópticos a macroescala.
Serve tanto como indicador da calidade do feixe como límite de deseño para a integración. A medida que as demandas das aplicacións e a complexidade do sistema seguen a aumentar, comprender e controlar a diverxencia convértese nunha competencia fundamental tanto para os fabricantes como para os integradores de láser, especialmente para avanzar cara a unha maior potencia, brillo e fiabilidade.
Data de publicación: 14 de xullo de 2025