У многим апликацијама, згодно је спојити излаз ласерске диоде у оптичко влакно како би се испоручило светло тамо где је потребно.
Предности:
Светлост која се емитује из влакна има округли, глатки (хомогенизовани) профил интензитета и симетричан квалитет зрака, што је у многим случајевима веома згодно. На пример, мање сложена оптика је потребна да би се произвела округла тачка пумпе за ласер чврстог стања са крајњом пумпом.
Ласерска диода се може уклонити заједно са својим хлађењем, на пример са ласерске главе у чврстом стању, која може бити компактнија и оставити више простора за друге делове овде.
Неисправан диодни ласер спојен са влакнима може се лако заменити без промене поравнања уређаја помоћу светла.
Компоненте спојене са влакнима могу се лако комбиновати са другим компонентама влакана.
Врсте диодних ласера са спрегнутим влакнима
Многи диодни ласери се продају у облику спојених влакнима, са робусном оптиком за спајање влакана уграђеном у ласерски пакет (нпр. трајни прикључак за влакна за ласерско заваривање). Влакна и технологије које се користе за различите диодне ласере се веома разликују:
Најједноставнији случај је ВЦСЕЛ (вертицал Цавити Сурфаце Емиттинг Ласер), који типично емитује зрак високог квалитета, умерене дивергенције снопа, без астигматизма и кружне дистрибуције интензитета. Једноставно сферично сочиво је довољно за снимање тачке емисије у језгро једномодног влакна. Може се постићи ефикасност спреге реда 70-80%. Такође је могуће спојити влакно директно на емитујућу површину ВЦСЕЛ-а.
Мале ласерске диоде које емитују ивице такође емитују у једном просторном моду и на тај начин у принципу такође омогућавају ефикасно спајање на једномодна влакна. Међутим, ако се користи једноставно сферно сочиво, ефикасност спајања је значајно смањена због елиптичности зрака. Штавише, дивергенција зрака је релативно велика у најмање једном правцу, што захтева сочива са релативно великим нумеричким отвором. Други проблем је астигматизам излазне диоде, посебно за диоде са појачањем; ово се може надокнадити додатним слабим цилиндричним сочивима. Са излазном снагом до неколико стотина миливата, ЛД-ови са вођеним појачањем са спрегнутим влакнима могу се користити за пумпање, на пример, појачивача са влакнима допираним ербијумом.
Шематско подешавање једноставне ласерске диоде мале снаге која емитује ивице. Сферично сочиво (или евентуално двоструко сочиво) се користи за слику ласерске диоде у језгру влакна. Елиптичност зрака и астигматизам смањују ефикасност спајања.
Ласерске диоде широког подручја су просторно вишемодне у дугом правцу емитера. Ако се округли сноп једноставно обликује помоћу цилиндричног сочива, а затим покрене у мултимодно влакно, велики део осветљености (сјајности) ће бити изгубљен јер се не може искористити висок квалитет зрака у правцу брзе осе. На пример, 1 В снаге се може покренути у вишемодно влакно са пречником језгра од 50 μм и нумеричким отвором (НА) од 0,12. Ово је довољно за пумпање масовних ласера мале снаге, као што су ласери са микрочипом. Могуће су чак и лансиране снаге од 10 В.
Шематско подешавање једноставне ласерске диоде широког подручја спојене на влакна. Влакнасто сочиво се користи за колимацију зрака у правцу брзе осе.
Побољшана ласерска технологија широког подручја заснива се на обликовању зрака пре лансирања да би се добио симетричан квалитет зрака (не само симетричан радијус снопа). Ово омогућава већу осветљеност.
За диодне шипке (диодни низови), проблем асиметричног квалитета зрака је још тежи. Овде се излази појединачних емитера могу спојити у одвојена влакна снопа влакана. Влакна су распоређена у линеарни низ на једној страни диодне шипке, али у кружни низ на излазном крају. Алтернативно, може се користити нека врста уређаја за обликовање зрака да би се квалитет снопа учинио симетричним пре лансирања у једно мултимодно влакно. Ово се може урадити, на пример, помоћу уређаја за обликовање зрака са два огледала или неке микро-оптике. На пример, 30 В се може спојити у влакно са пречником језгра од 200-μм (или чак 100-μм) и НА од 0,22. Такво подешавање се може користити, на пример, за пумпање Нд:ИАГ или Нд:ИВО 4 ласера са излазном снагом од око 15 В.
За диодни стек се користе влакна са већим пречником језгра. На пример, стотине вати (или чак киловата) оптичке снаге могу се спојити у влакно са пречником језгра од 600 μм и НА=0.22.
Недостаци спајања влакана
Неки потенцијални недостаци диодних ласера са спрегнутим влакнима у поређењу са ласерима који емитују слободни простор су:
Виша цена. Међутим, ово се може надокнадити уштедама постигнутим једноставнијим руковањем и испоруком зрака.
Излазна снага је благо смањена, и што је још важније, сјај. Губитак зрачења може бити велики (преко реда величине) или прилично мали, у зависности од технике спајања влакана. У неким случајевима ово можда и није проблем, али у другим уводи значајне изазове као што је пројектовање масивног ласера са диодном пумпом или ласера са влакнима велике снаге.
У већини случајева (посебно мултимодних влакана), влакно не одржава поларизацију. Излаз влакана ће обично бити делимично поларизован, а стање поларизације ће се променити када се влакно помери или када се промени температура. Ово може довести до озбиљних проблема са стабилношћу ласера чврстог стања са диодном пумпом када је апсорпција пумпе зависна од поларизације (као што је у Нд:ИВО 4 ).
Производи ласерске диоде са спрегнутим влакнима такође можда неће бити доступни за сваку оптичку таласну дужину.
Квалитет излазног снопа влакана
Квалитет снопа излазног влакна обично није прецизиран; у многим случајевима познати су само пречник језгра и нумерички отвор (НА), а претпоставља се вишемодно влакно са степенастим индексом. У овом случају не постоји формула за тачно израчунавање квалитета снопа, пошто он зависи од дистрибуције оптичке снаге по модовима влакана, што само по себи зависи од услова лансирања. Међутим, фактор квалитета зрака М2 може се грубо проценити, под претпоставком да је снага добро распоређена по модовима и стога нумерички отвор представља разумну процену стварне дивергенције снопа (која може бити нешто већа). Ово води до једначине М2≈(π /λ)ΝΑ, где је а полупречник језгра влакна (тј. половина пречника језгра). Квалитет снопа се такође може значајно побољшати ако се светлост покреће претежно у режимима вођених влакана нижег реда, али може бити смањена јаким савијањем влакна.
Наша адреса
Б{0}} Руидинг Мансион, бр. 200 Зхенхуа Рд, Ксиху Дистрицт
Број телефона
0086 181 5840 0345
Е-маил
info@brandnew-china.com
