Uticaj ugaonog ugrušenja snopa na solid-state laserske performanse i njenu optimizaciju

Laseri od solidnog stanjaJesu li uređaji koji koriste čvrstim stanjama (poput kristala ili naočala poput ND: YAG i YB: YAG) kao njihova jezgra i generiraju visokoenergetske lasere kroz optičko pumpanje. Imaju karakteristike kompaktne strukture, velike snage i dobre stabilnosti. Široko se koriste u industrijskoj preradi (kao što su rezanje i zavarivanje metala), medicinski tretman (laserska hirurgija, ljepota), komunikacija (prostorna optička komunikacija), vojska (laserskih vodiča, režirano oružje) i druga polja.

Ugao divergencije snopa odnosi se na ugao na kojem se laserski snop postepeno širi tokom širenja. Njegova veličina izravno odražava kolimaciju i energetsku koncentraciju snopa i ključni je parametar za mjerenje kvalitete laserske grede (m² faktor). Manji kut divergengentnosti znači da laser može održavati visoku gustoću energije na velike udaljenosti, što je ključno za scene kao što su precizna obrada, udaljena komunikacija i efikasnost oružja. Inače će dovesti do energetske disperzije i smanjene efikasnosti. Stoga je kontrola ugnja divergencije jedna od osnovnih pitanja za optimizaciju laserskih performansi.

Osnovni principi divergencije snopa
1. Fizička definicija divergencije snopa
Divergencija snopa (θ) je parametar koji mjeri stupanj bočnog širenja laserskog snopa tokom širenja, obično izraženo na pola ugla (u radijanima ili miliradima). Divergencija idealnog Gaussove grede određena je valnom dužinom (λ) i polumjerom snopa snopa (₀₀) snopa, a njen matematički izraz je:

Ova formula pokazuje da je kraća talasna dužina ili veća polumjer snopa, to je manji ugao divergencije i bolji kolica sa grede.

2. Odnos sa faktorom kvaliteta grede (m²)
Stvarni laserski snop nije idealan Gaussovski snop, a njegov ugljen divergencije povećat će se zbog faktora kao što su režimi i aberacija visokog reda. Faktor kvalitete grede (m²) koristi se za kvantificiranje stupnja odstupanja stvarnog snopa od idealnog Gaussove grede:

M²=1: Idealan Gaussov snop (tem₀₀ mod), sa minimalnim uglom divergencije.

M²> 1: Postoje načini ili aberacija višeg reda, kvaliteta grede se smanjuje, a ugao divergencije povećava se.

M² je važan pokazatelj za ocjenu laserskih performansi, što direktno utječe na sposobnost fokusiranja i nadrazavajuće energetske distribucije lasera.

Važnost ugnja divergencije snopa u solid-state laserskim performansama
1. Direktna povezanost između kvaliteta grede i gustoće energije
Far-terenska koncentracija energije: manji ugao divergencije, sporiji je energetski propadanje laserskog snopa kada se širi na dugim udaljenostima, a veću gustoću energije. Na primjer, u laserskom rezanju \/ zavarivanju, ugao niskog divergencije može poboljšati dubinu i efikasnost obrade i smanjenje zona zahvaćene toplinom.
Značaj kvalitete visokog snopa (niska m²): precizna obrada (poput mikroelektronskog bušenja, olujenog rezanja) zahtijeva izuzetno malo fokusirano mjesto i ugao niskog divergencije (M²≈1), poboljšati tačnost i kvalitet prerade.

2. Odlučujuća uloga udaljenosti prijenosa i sposobnosti fokusiranja
Gubitak za prijenos na daljinu: u laserskoj radarskoj ili svemirskoj komunikaciji, veliki ugljen od divergencije prouzročit će se snop da se brzo difundira, smanjite omjer signala na buku ili povećati potrošnju energije. Na primjer, satelitska laserska komunikacija zahtijeva izuzetno nizak ugao divergencije (<0.1 mrad) to achieve long-distance stable transmission.

Fokusirana veličina spot: Ugao divergencije direktno utiče na veličinu fokusiranog mjesta (dαθ⋅f, f je žarišna duljina) koja zauzvrat određuje rezoluciju obrade. Na primjer, rezanje poluprovodnika zahtijeva tačke na nivou podmikrona, zahtijevajući da ugao divergencije bude strogo upravljan.

3. Izazovi toplotnog efekta i stabilnosti sistema
Termički efekat objektiva je pogoršan: Preveliki ugao divergencije dovest će do neravnoj laserskog distribucije energije, lokalno pregrijavanje srednjeg pojačanja srednjeg, termičkog učinka sočiva, dodatno pogoršanje kvalitete grede i začarani ciklus.

Dugoročna izlazna stabilnost: Termička izobličenja (poput termički indukovane birefingencije ND: YAG šipke) dinamički će mijenjati ugao divergencije, a potrebno je aktivno hlađenje ili prilagodljiva optička kompenzacija za održavanje stabilnog izlaza.

4. Diferencirani zahtjevi scenarija aplikacija
Industrijsko rezanje \/ zavarivanje: Izuzetno nizak ugljen divergencije (<1 mrad) is required to achieve high power density (>10⁶ w \/ cm²) Da biste osigurali brzinu rezanja i kvalitetu presjeka.

Medicinski laseri (poput oftalmičke hirurgije, tretman kože): Ugao divergencije treba precizno kontrolirati (poput 0. 5-2 Mrad za excimer lasere) za ograničavanje akcije i izbjegavanje štetnih zdravih tkiva.

Vojno oružje (kao što je lasersko usmjereno oružje): Ugao divergencije izravno utječe na gustoću energije ciljane površine i treba ih komprimirati dolje na 0. 05 MRAD-a za postizanje efikasne štete na nivou kilometara.

Ključni faktori koji utječu na ugljen divergencije snopa
1. Optimizacija rezonantnog dizajna šupljine
Strukturni dizajn rezonantne šupljine izravno utječe na karakteristike laserskih režima i na taj način određuje ugao divergencije snopa.

2. Termičko upravljanje radnim materijalima
Toplinski učinak je glavni faktor koji vodi do razgradnje kvaliteta grede i direktno utječe na ugao divergencije.

3. Metoda pumpe i oblikovanje snopa
Različite sheme pumpanja i tehnologije za obradu snopa značajno utječu na karakteristike izlaznih greda.
 

Optimizacija i kontrole metode ugljena divergencije snopa
1. Optimizacija rezonantnih parametara šupljine
(1) Usklađivanje dužine šupljine i zakrivljenosti reflektora

Kratka kovčisti dizajn: smanjenje dužine šupljine može smanjiti vjerojatnost oscilacije visokog reda, ali potrebno je uravnotežiti zahtjeve za izlazne snage.

Optimizacija zakrivljenosti reflektora: Koristite konfokalnu šupljinu (r 1= r 2= l) ili blizu konfokalnog dizajna za poboljšanje selektivnosti temeljnog načina.

Dinamička tehnologija podešavanja: Koristite piezoelektričnu keramiku za podešavanje položaja ogledala šupljine i nadoknaditi termički inducirane promjene dužine šupljine u stvarnom vremenu.

(2) Umetnite dijafragme otvora za blende za suzbijanje režima visokog reda

Tvrde dijafragme: Podesite malu membrašku rupu u šupljini za fizički blokiranje režima visokog reda, ali će uvesti difrakcijske gubitke.

Meke dijafragme: Koristite nepumpano područje na rubu medija za dobitak kao prirodna dijafragma za smanjenje dodatnih gubitaka.

Promjenjivi dijafragm sistem: Dinamički podesite veličinu dijafragme prema potrebama snage da biste uravnotežili kvalitetu i efikasnost snopa.

2. Tehnologija suzbijanja toplotne efekte
(1) aktivni rashladni i pasivni dizajn hladnjaka

Microchannel Hlađenje: Integrirajte mikrochannele oko medija za dobitak za postizanje efikasne izmjene topline (pogodno za lasere Kilovat klase).

FAZE Promjena hlađenja: Koristite evaporativno hlađenje ili tehnologiju cijevi za toplotu, pogodnu za kompaktne sisteme.

Optimizacija materijala za hladnjak: Koristite dijamantsku ili visoku termičku provodljivost kompozitnih materijala (kao što su Alsic) za poboljšanje efikasnosti rasipanja topline.

(2) termički neosjetljivi kristalni materijali

ND: YVO₄: Ima niži efekat termalnog sočiva od ND: YAG, ali uža pojačala pojaseva.

Yb: Calgo: Širina širine širine emisije i visoka toplotna provodljivost, pogodna za ultrafast laserski sistemi.

Distribucija gradijent koncentracije doping: smanjite distorziju valne brojeve uzrokovano termičkim stresom kroz gradijent doping.

3. Adaptivna optička tehnologija
(1) korekcija talasa u stvarnom vremenu

Deformabilno ogledalo: Dinamički podesite oblik ogledala kroz piezoelektrične aktuatore kako bi nadoknadili aberacije niskog reda (kao što su defokus i astigmatizam).

Tekući kristalni prostorni modulator (LC-SLM): Programirana korekcija aberacija visoke narudžbe rezolucijom stotinama upravljačkih jedinica.

Shack-Hartmann sistem zatvorenog petlje: Otkrivanje u stvarnom vremenu distorzije valne brojeve i povratne informacije za postizanje tačnosti korekcije nivoa λ \/ 10.

(2) algoritam inteligentnog upravljanja

PID kontrola: stabilno podešavanje za polako mijenjanje termičkih aberacija.

Oprema za mašinsku učenje: Trenirajte model putem povijesnih podataka za nadoknadu poznatih obrazaca termičkih izobličenja unaprijed.

4. Spoljni dizajn sustava kolimacije
(1) Optimizacija grupisa za ekspanziju snopa

Proširenje Galilean snopa: kompaktna struktura, pogodna za srednje i male lasere (kao što su 5-10 puta ekspanzija grede).

Kepler ekspanzija snopa: Prostorni filter se može umetnuti, pogodan za visoki elektroenergetski sustav, ali pažnja treba posvetiti gustoći moći u fokusu.

Primjena asferičnih objektiva: eliminirajte sfernu aberaciju i poboljšajte daleko kvalitet terena snopa nakon širenja snopa.

(2) Izlazna kontrola izlaza od vlakana

Pročišćavanje multimodne vlakne: suzbija režimi visokog reda kroz savijanje filtriranja ili dugačkog prijenosa vlakana.

Photonski kristalno vlakno: Koristite šuplju jezgru strukturu za smanjenje nelinearnih efekata i održavanje karakteristika prenosa s jednim načinom.

Obrada krajnjeg lica: Optimizirajte poliranje nagnuti (8 stepeni -10 stepen) da biste smanjili smetnje povratne svjetlosti.

Ukratko, ugao divergencije snopa, kao osnovni pokazatelj za ocjenu performansi čvrstih stanja lasera, direktno određuje dalekovodnu gustoću energije, efikasnost prijenosa i sposobnost fokusiranja lasera. Kroz višedimenzionalnu optimizaciju rezonantne optimizacije dizajna u šupljini, adaptivno optičko korekcija i vanjski sustav korektiranja, uglost divergencije može se značajno smanjiti (u neposrednoj blizini korištenja za obradu lasera, a u velikoj mjeri širivanje u visokoj poljima, kao što su precizna preciznost, svemirska komunikacija, medicinska kozmetika i nacionalna Odbrana. U budućnosti, sa probojem algoritmima inteligentnih kontrolnih i novih termičkih upravljačkih materijala, precizna kontrola ugnja na divergenciju snopa postat će ključni smjer za promociju tehnološke inovacije lasera čvrstog stanja.

JTBYShield Laser Technology Co., LtdJe profesionalni proizvođač jezgrenih komponenti za laserska oprema, posvećena pružanju visoko-preciznosti, laserskih optičkih komponenti visokog pouzdanosti i rješenja podsistema za globalnu industrijsku laseru, medicinsku ljepotu, naučna istraživanja i nacionalna odbrambena polja.
 

Podaci za kontakt:

Ako imate bilo kakve ideje, slobodno razgovarajte s nama. Bez obzira gdje su naši kupci i koji su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da našim kupcima pružimo visoko kvalitetne, niske cijene i najbolju uslugu.