В современных лазерных технологиях диодные модули накачки стали идеальным источником накачки для твердотельных и волоконных лазеров благодаря своей высокой эффективности, надежности и компактной конструкции. Однако одним из важнейших факторов, влияющих на их выходные характеристики и стабильность системы, является равномерность распределения усиления внутри модуля накачки.
1. Что такое равномерность распределения усиления?
В диодных модулях накачки несколько лазерных диодов располагаются в массиве, и их свет накачки подается в усиливающую среду (например, легированное иттербием волокно или кристалл Nd:YAG) через оптическую систему. Если распределение мощности света накачки неравномерно, это приводит к асимметричному усилению в среде, что вызывает:
①Ухудшение качества лазерного луча.
②Снижение общей эффективности преобразования энергии
③Повышенная термическая нагрузка и сокращение срока службы системы.
④Повышенный риск повреждения оптических элементов во время работы.
Таким образом, достижение пространственной однородности распределения светового потока насоса является важнейшей технической задачей при проектировании и производстве насосных модулей.
2. Распространенные причины неравномерного распределения коэффициента усиления
①Изменения мощности излучения чипа
В лазерных диодах по своей природе наблюдаются колебания мощности. Без надлежащей сортировки или компенсации эти различия могут привести к непостоянной интенсивности накачки в целевой области.
②Ошибки в системах коллимации и фокусировки.
Несоосность или дефекты оптических компонентов (например, линз FAC/SAC, микролинзовых матриц, волоконно-оптических соединителей) могут привести к отклонению частей луча от намеченной цели, создавая «горячие точки» или «мертвые зоны».
③Эффекты теплового градиента
Полупроводниковые лазеры очень чувствительны к температуре. Некачественная конструкция радиатора или неравномерное охлаждение могут вызывать дрейф длины волны между различными чипами, влияя на эффективность связи и стабильность выходного сигнала.
④Недостаточная конструкция выходного оптоволокна
В многожильном оптоволокне или структурах с объединением лучей неправильная компоновка жил также может привести к неравномерному распределению света накачки в активной среде.
3. Методы повышения равномерности усиления
①Сортировка микросхем и согласование мощности
Тщательно отбирайте и группируйте микросхемы лазерных диодов, чтобы обеспечить стабильную выходную мощность в каждом модуле, минимизируя локальный перегрев и зоны повышенного усиления.
②Оптимизированная оптическая конструкция
Для улучшения перекрытия пучков и точности фокусировки, а следовательно, и выравнивания профиля накачки света, можно использовать неизображающую оптику или гомогенизирующие линзы (например, массивы микролинз).
③Улучшенное управление температурным режимом
Для снижения колебаний температуры между чипами и поддержания стабильной выходной мощности используйте материалы с высокой теплопроводностью (например, CuW, алмаз, полученный методом химического осаждения из газовой фазы) и стратегии равномерного контроля температуры.
④Гомогенизация по интенсивности света
Для достижения более равномерного пространственного распределения света в активной среде следует использовать рассеиватели или элементы формирования пучка вдоль пути накачки.
4. Практическая ценность в реальных условиях применения
В высококлассных лазерных системах—например, высокоточная промышленная обработка, военное лазерное целеуказание, медицинское лечение и научные исследования.—Стабильность и качество лазерного луча имеют первостепенное значение. Неравномерное распределение усиления напрямую влияет на надежность и точность системы, особенно в следующих сценариях:
①Высокоэнергетические импульсные лазеры: позволяют избежать локального насыщения или нелинейных эффектов.
②Волоконно-оптические лазерные усилители: подавляют накопление усиленного спонтанного излучения (ASE).
③Системы LIDAR и дальномеры: повышают точность и повторяемость измерений.
④Медицинские лазеры: обеспечивают точный контроль энергии во время лечения.
5. Заключение
Равномерность распределения усиления, возможно, не является самым заметным параметром модуля накачки, но она имеет решающее значение для надежного питания высокопроизводительных лазерных систем. Поскольку требования к качеству и стабильности лазерного излучения постоянно растут, производители модулей накачки должны уделять особое внимание...«контроль однородности”как основной процесс—Постоянное совершенствование выбора микросхем, конструктивных решений и стратегий теплоотвода для обеспечения более надежных и стабильных лазерных источников для последующих применений.
Интересуетесь, как мы оптимизируем равномерность усиления в наших насосных модулях? Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших решениях и технической поддержке.
Дата публикации: 20 августа 2025 г.