Laser semikonduktor berganding gentian

Definisi: Laser diod di mana cahaya yang dihasilkan digandingkan ke dalam gentian optik.

Dalam kebanyakan kes, adalah perlu untuk menggandingkan cahaya keluaran dari laser diod ke dalam gentian optik supaya cahaya boleh dihantar ke tempat yang diperlukan. Laser semikonduktor bergandingan gentian mempunyai kelebihan berikut:

1. Lengkung keamatan cahaya yang dipancarkan daripada gentian optik biasanya licin dan bulat, dan kualiti rasuk adalah simetri, yang sangat mudah digunakan. Contohnya, optik yang kurang kompleks digunakan untuk menjana bintik pam bulat untuk laser keadaan pepejal pam akhir.

2. Jika diod laser dan peranti penyejuknya dikeluarkan daripada kepala laser keadaan pepejal, laser menjadi sangat kecil dan terdapat ruang yang cukup untuk meletakkan bahagian optik lain.

3. Menggantikan laser semikonduktor gandingan optik yang tidak layak tidak memerlukan perubahan susunan peranti.

4. Peranti gandingan optik mudah digunakan dalam kombinasi dengan peranti gentian optik lain.

Jenis Laser Semikonduktor Berganding Gentian

Banyak laser diod siap adalah gandingan gentian, mengandungi optik gandingan gentian yang sangat teguh dalam pakej laser. Laser diod yang berbeza menggunakan gentian dan teknologi yang berbeza.

Kes yang paling mudah ialah VCSEL (Laser Sinaran Permukaan Rongga Menegak) biasanya memancarkan pancaran dengan kualiti pancaran yang sangat tinggi, perbezaan pancaran sederhana, tiada astigmatisme dan taburan keamatan bulat. Pengimejan tempat sinaran ke dalam teras gentian mod tunggal memerlukan kanta sfera ringkas. Kecekapan gandingan boleh mencapai 70-80%. Gentian optik juga boleh digandingkan terus ke dalam permukaan pancaran VCSEL.

Diod laser pemancar tepi kecil juga memancarkan satu mod spatial tunggal dan dengan itu boleh, pada dasarnya, berganding dengan cekap ke dalam gentian mod tunggal. Walau bagaimanapun, jika hanya kanta sfera ringkas digunakan, eliptik rasuk akan mengurangkan kecekapan gandingan. Dan sudut perbezaan rasuk agak besar dalam sekurang-kurangnya satu arah, jadi kanta perlu mempunyai apertur berangka yang agak besar. Masalah lain ialah astigmatisme yang terdapat dalam cahaya keluaran diod, terutamanya diod berpandukan keuntungan, yang boleh dikompensasikan dengan menggunakan kanta silinder tambahan. Jika kuasa keluaran mencapai beberapa ratus miliwatt, diod laser berpandukan keuntungan berganding gentian boleh digunakan untuk mengepam penguat gentian dop erbium.

Rajah 2: Skema diod laser pemancar tepi bergandingan gentian kuasa rendah ringkas. Kanta sfera digunakan untuk imej cahaya yang dipancarkan dari permukaan diod laser ke teras gentian. Eliptik pancaran dan astigmatisme mengurangkan kecekapan gandingan.

Diod laser kawasan besar adalah mod berbilang ruang dalam arah sinaran. Jika anda hanya membentuk rasuk bulat melalui kanta silinder (contohnya, kanta gentian, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3) dan kemudian memasuki gentian berbilang mod, kebanyakan kecerahan akan hilang kerana rasuk berkualiti tinggi dalam arah paksi pantas Kualiti tidak boleh digunakan. Contohnya, cahaya dengan kuasa 1W boleh memasuki gentian berbilang mod dengan diameter teras 50 mikron dan apertur berangka 0.12. Cahaya ini mencukupi untuk mengepam laser pukal berkuasa rendah, seperti laser mikrocip. Walaupun memancarkan 10W cahaya adalah mungkin.

Rajah 3: Skema bagi diod laser kawasan besar yang digabungkan secara optik mudah. Kanta gentian optik digunakan untuk menggabungkan cahaya dalam arah paksi pantas.

Teknologi laser jalur lebar yang dipertingkatkan ialah membentuk rasuk agar mempunyai kualiti rasuk simetri (bukan hanya jejari rasuk) sebelum menembaknya. Ini juga menghasilkan kecerahan yang lebih tinggi.

Dalam tatasusunan diod, masalah kualiti rasuk tidak simetri adalah lebih serius. Output setiap pemancar boleh digandingkan ke dalam gentian berbeza dalam berkas gentian. Gentian optik disusun secara linear pada satu sisi tatasusunan diod, tetapi hujung keluaran disusun dalam tatasusunan bulat. Pembentuk rasuk boleh digunakan untuk mencapai kualiti rasuk simetri sebelum melancarkan rasuk ke dalam gentian berbilang mod. Ini membolehkan 30W cahaya digandingkan ke dalam gentian diameter 200 mikron dengan apertur berangka 0.22. Peranti ini boleh digunakan untuk mengepam laser Nd:YAG atau Nd:YVO4 untuk mendapatkan kuasa output lebih kurang 15W.

Dalam susunan diod, gentian dengan diameter teras yang lebih besar juga biasa digunakan. Beberapa ratus watt (atau bahkan beberapa kilowatt) cahaya boleh digandingkan ke dalam gentian optik dengan diameter teras 600 mikron dan apertur berangka 0.22.

Kelemahan Fiber Coupling.

Beberapa kelemahan laser semikonduktor gandingan gentian berbanding laser sinaran ruang bebas termasuk:

kos yang lebih tinggi. Kos boleh dikurangkan jika pengendalian rasuk dan proses penghantaran dipermudahkan.

Kuasa output lebih kecil sedikit dan yang lebih penting ialah kecerahan. Kehilangan kecerahan kadangkala sangat besar (lebih besar daripada susunan magnitud) dan kadangkala kecil, bergantung pada teknologi gandingan gentian yang digunakan. Dalam sesetengah kes ini tidak penting, tetapi dalam kes lain ia menjadi masalah, seperti dalam reka bentuk laser pukal yang dipam diod atau laser gentian berkuasa tinggi.

Dalam kebanyakan kes (terutamanya gentian multimode), gentian adalah pengekalan polarisasi. Kemudian cahaya keluaran gentian sebahagiannya terpolarisasi, dan jika gentian digerakkan atau suhu berubah, keadaan polarisasi juga akan berubah. Jika penyerapan pam bergantung kepada polarisasi, ini boleh mewujudkan masalah kestabilan yang ketara dalam laser keadaan pepejal yang dipam diod.