ביישומים רבים, נוח לחבר את הפלט של דיודת לייזר לסיב אופטי כדי לספק את האור היכן שהוא נחוץ.
יתרונות:
לאור הנפלט מהסיב יש פרופיל עוצמה עגול וחלק (הומוגני) ואיכות אלומה סימטרית, הנוחה מאוד במקרים רבים. לדוגמה, אופטיקה פחות מורכבת נדרשת כדי לייצר נקודת משאבה עגולה עבור לייזר במצב מוצק שאוב בסוף.
ניתן להסיר את דיודת הלייזר יחד עם הקירור שלה, למשל מראש לייזר מוצק, שיכול להיות קומפקטי יותר ולהשאיר כאן יותר מקום לחלקים אחרים.
ניתן להחליף בקלות לייזר דיודה עם סיבים פגומים מבלי לשנות את היישור של המכשיר באמצעות האור.
ניתן לשלב בקלות רכיבים מחוברים לסיבים עם רכיבי סיבים אחרים.
סוגי לייזרים דיודות סיבים
לייזרים דיודות רבים נמכרים בצורה מצמדת סיבים, עם אופטיקה חזקה של צימוד סיבים המובנית בחבילת הלייזר (למשל, חיבור סיבים לריתוך לייזר קבוע). הסיבים והטכנולוגיות המשמשים עבור לייזרים דיודות שונים משתנים מאוד:
המקרה הפשוט ביותר הוא VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), אשר בדרך כלל פולט קרן עם איכות קרן גבוהה, סטיית קרן מתונה, ללא אסטיגמציה ופיזור עוצמה מעגלי. עדשה כדורית פשוטה מספיקה להדמיית נקודת הפליטה לתוך הליבה של סיב חד מצב. ניתן להשיג יעילות צימוד בסדר גודל של 70-80%. אפשר גם לחבר את הסיב ישירות למשטח הפולט של ה-VCSEL.
דיודות לייזר קטנות פולטות קצה פולטות גם הן במצב מרחבי יחיד ובכך באופן עקרוני גם מאפשרות צימוד יעיל לסיבים חד-מודים. עם זאת, אם נעשה שימוש בעדשה כדורית פשוטה, יעילות הצימוד מופחתת באופן משמעותי על ידי האליפטיות של האלומה. יתר על כן, סטיית האלומה גבוהה יחסית לפחות בכיוון אחד, ומצריכה עדשות עם צמצם מספרי גבוה יחסית. בעיה נוספת היא האסטיגמציה של פלט הדיודה, במיוחד עבור דיודות מונחות רווח; ניתן לפצות זאת על ידי עדשות גליליות חלשות נוספות. עם הספקי פלט של עד כמה מאות מיליוואט, ניתן להשתמש ב-LDs מונחי-הגבר המצמדים לסיבים כדי לשאוב, למשל, מגברי סיבים מסוממים בארביום.
הגדרה סכמטית של דיודת לייזר פולטת קצוות פשוטה עם סיבים נמוכים. עדשה כדורית (או אולי עדשה כפולה) משמשת כדי לדמיין את פן דיודת הלייזר לתוך ליבת הסיבים. אליפטיות קרן ואסטיגמציה מפחיתות את יעילות הצימוד.
דיודות לייזר בשטח רחב הן רב-מצביות מרחביות בכיוון הארוך של הפולט. אם הקרן העגולה מעוצבת בפשטות עם עדשה גלילית ולאחר מכן תשגר לתוך סיב רב-מודים, חלק ניכר מהבהירות (הקרינה) תאבד מכיוון שלא ניתן לנצל את איכות האלומה הגבוהה בכיוון הציר המהיר. לדוגמה, 1W של הספק יכול להיות משוגר לתוך סיב רב-מודים עם קוטר ליבה של 50 מיקרומטר וצמצם מספרי (NA) של 0.12. זה מספיק כדי לשאוב לייזרים בתפזורת בעלי הספק נמוך, כגון לייזרים מיקרו-שבבים. אפילו הספקים משוגרים של 10 W אפשריים.
הגדרה סכמטית של דיודת לייזר רחבת שטח פשוטה עם צימוד סיבים. עדשת סיבים משמשת לאיסוף האלומה בכיוון הציר המהיר.
טכנולוגיית לייזר רחבה משופרת מבוססת על עיצוב הקרן לפני השיגור לקבלת איכות קרן סימטרית (לא רק רדיוס קרן סימטרי). זה מאפשר בהירות גבוהה יותר.
עבור מוטות דיודות (מערכי דיודות), הבעיה של איכות אלומה אסימטרית חמורה אף יותר. כאן, ניתן לחבר את הפלטים של הפולטים הבודדים לסיבים נפרדים של צרור סיבים. הסיבים מסודרים במערך ליניארי בצד אחד של סרגל הדיודה, אך במערך מעגלי בקצה הפלט. לחלופין, ניתן להשתמש בסוג כלשהו של מעצב קרן כדי להפוך את איכות הקרן לסימטרית לפני ההשקה לסיב רב-מצב יחיד. זה יכול להיעשות, למשל, עם מעצב קרן שתי מראות או מיקרו אופטיקה כלשהי. לדוגמה, ניתן לחבר 30 W לסיב עם קוטר ליבה של 200-מיקרומטר (או אפילו 100-מיקרומטר) ו-NA של 0.22. ניתן להשתמש במערך כזה, למשל, לשאיבת לייזרים Nd:YAG או Nd:YVO 4 עם הספק מוצא של כ-15 W.
עבור ערימת הדיודה, סיבים עם קוטר ליבה גדול יותר משמשים. לדוגמה, ניתן לחבר מאות וואט (או אפילו קילוואט) של הספק אופטי לסיב עם קוטר ליבה של 600 מיקרומטר ו-NA=0.22.
חסרונות של צימוד סיבים
כמה חסרונות פוטנציאליים של לייזרים דיודות מצמודים לסיבים בהשוואה ללייזרים הפולטים מקום פנוי הם:
עלות גבוהה יותר. עם זאת, הדבר עשוי להתקזז על ידי החיסכון המושג מטיפול ואספקה פשוטים יותר של אלומה.
כוח המוצא מופחת מעט, וחשוב מכך, זוהר. אובדן הקרינה עשוי להיות גדול (מעל סדר גודל) או קטן למדי, תלוי בטכניקת צימוד הסיבים. במקרים מסוימים זה אולי לא מהווה בעיה, אבל במקרים אחרים זה מציג אתגרים משמעותיים כמו לתכנן לייזר בתפזורת דיודה או לייזר סיבים גבוהים.
ברוב המקרים (במיוחד סיבים מולטי-מודים), הסיב אינו שומר על קיטוב. תפוקת הסיבים תהיה בדרך כלל מקוטבת חלקית, ומצב הקיטוב ישתנה כאשר הסיב מועבר או כאשר הטמפרטורה משתנה. זה יכול להוביל לבעיות יציבות חמורות עבור לייזרים במצב מוצק שאובים דיודה כאשר קליטת המשאבה תלויה בקיטוב (כגון ב-Nd:YVO 4).
ייתכן שגם מוצרי דיודות לייזר מצמודים לסיבים לא יהיו זמינים עבור כל אורך גל אופטי.
איכות קרן פלט סיבים
איכות האלומה של פלט הסיבים אינה מצוינת בדרך כלל; במקרים רבים ידועים רק קוטר הליבה והצמצם המספרי (NA), ויש להניח שסיב רב-מודד בעל אינדקס צעד. במקרה זה, אין נוסחה לחשב את איכות האלומה במדויק, שכן היא תלויה בחלוקת הכוח האופטי על מצבי הסיבים, אשר בעצמה תלויה בתנאי ההשקה. עם זאת, ניתן להעריך באופן גס את גורם איכות האלומה M2, בהנחה שהכוח מתחלק היטב על פני המצבים ולכן הצמצם המספרי מייצג אומדן סביר של סטיית האלומה בפועל (שעשוי להיות מעט גבוה יותר). זה מוביל למשוואה M2≈(π /λ)ΝΑ, כאשר a הוא רדיוס ליבת הסיב (כלומר, חצי מקוטר הליבה). איכות האלומה יכולה להשתפר משמעותית גם אם האור יושק בעיקר במצבי סיבים מונחים מסדר נמוך, אך היא עלולה להיפגע על ידי כיפוף חזק של הסיב.
הכתובת שלנו
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, District Xihu
מספר טלפון
0086 181 5840 0345
אֶלֶקטרוֹנִי
info@brandnew-china.com
