Na tecnologia laser moderna, os módulos de bombeamento por diodo tornaram-se a fonte de bombeamento ideal para lasers de estado sólido e de fibra devido à sua alta eficiência, confiabilidade e design compacto. No entanto, um dos fatores críticos que afetam o desempenho de saída e a estabilidade do sistema é a uniformidade da distribuição do ganho dentro do módulo de bombeamento.
1. O que é uniformidade de distribuição de ganho?
Em módulos de bombeamento por diodo, várias barras de diodos laser são dispostas em uma matriz, e sua luz de bombeamento é direcionada para o meio de ganho (como fibra dopada com ítrio ou cristal de Nd:YAG) através de um sistema óptico. Se a distribuição de potência da luz de bombeamento for desigual, isso leva a um ganho assimétrico no meio, resultando em:
①Qualidade do feixe de laser degradada
②Redução da eficiência geral de conversão de energia
③Aumento do estresse térmico e redução da vida útil do sistema
④Maior risco de danos ópticos durante a operação.
Portanto, alcançar a uniformidade espacial na distribuição da luz da bomba é um objetivo técnico crucial no projeto e fabricação de módulos de bombeamento.
2. Causas comuns da distribuição não uniforme do ganho
①Variações na potência de emissão do chip
Os chips de diodo laser apresentam variações de potência inerentes. Sem a devida classificação ou compensação, essas diferenças podem levar a uma intensidade de bombeamento inconsistente em toda a área alvo.
②Erros em sistemas de colimação e focalização
Desalinhamentos ou falhas nos componentes ópticos (por exemplo, lentes FAC/SAC, matrizes de microlentes, acopladores de fibra) podem fazer com que partes do feixe se desviem do alvo pretendido, criando pontos quentes ou zonas mortas.
③Efeitos do gradiente térmico
Os lasers semicondutores são extremamente sensíveis à temperatura. Um projeto inadequado do dissipador de calor ou um resfriamento irregular podem causar variações no comprimento de onda entre diferentes chips, afetando a eficiência de acoplamento e a consistência da saída.
④Projeto inadequado de saída de fibra
Em estruturas de saída de fibra multicore ou de combinação de feixes, um layout inadequado do núcleo também pode resultar em uma distribuição não uniforme da luz de bombeamento no meio de ganho.
3. Técnicas para melhorar a uniformidade do ganho
①Classificação de chips e correspondência de energia
Selecione e agrupe com precisão os chips de diodo laser para garantir uma potência de saída consistente em cada módulo, minimizando o superaquecimento localizado e os pontos de ganho excessivo.
②Design Óptico Otimizado
Utilize óticas não imagéticas ou lentes homogeneizadoras (por exemplo, matrizes de microlentes) para melhorar a sobreposição do feixe e a precisão do foco, achatando assim o perfil da luz de bombeamento.
③Gestão Térmica Aprimorada
Utilize materiais com alta condutividade térmica (por exemplo, CuW, diamante CVD) e estratégias de controle de temperatura uniformes para reduzir as flutuações de temperatura entre os chips e manter uma saída estável.
④Homogeneização da intensidade da luz
Incorpore difusores ou elementos de modelagem de feixe ao longo do percurso da luz de bombeamento para obter uma distribuição espacial mais uniforme da luz dentro do meio de ganho.
4. Valor prático em aplicações do mundo real
Em sistemas laser de alta tecnologia—tais como processamento industrial de precisão, designação a laser militar, tratamento médico e pesquisa científica—A estabilidade e a qualidade do feixe de saída do laser são fundamentais. A distribuição não uniforme do ganho impacta diretamente a confiabilidade e a precisão do sistema, particularmente nos seguintes cenários:
①Lasers pulsados de alta energia: Evitam saturação local ou efeitos não lineares.
②Amplificadores de laser de fibra: Suprimem o acúmulo de ASE (Emissão Espontânea Amplificada).
③Sistemas LIDAR e de medição de distância: melhoram a precisão e a repetibilidade das medições.
④Lasers médicos: Garantem um controle preciso da energia durante os tratamentos.
5. Conclusão
A uniformidade da distribuição de ganho pode não ser o parâmetro mais visível de um módulo de bombeamento, mas é essencial para alimentar de forma confiável sistemas laser de alto desempenho. À medida que as exigências de qualidade e estabilidade do laser continuam a aumentar, os fabricantes de módulos de bombeamento devem considerar...“controle de uniformidade”como um processo central—Aprimorando constantemente a seleção de chips, o design estrutural e as estratégias térmicas para fornecer fontes de laser mais confiáveis e consistentes para aplicações subsequentes.
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Data da publicação: 20 de agosto de 2025