В современной лазерной технике 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 модулях диодной накачки несколько лазерных диодных линеек объединены в матрицу, и их излучение накачки поступает в среду усиления (например, волокно, легированное иттербием, или кристалл Nd:YAG) через оптическую систему. Неравномерное распределение мощности излучения накачки приводит к асимметричному усилению в среде, что приводит к:
①Ухудшение качества выходного луча лазера
②Снижение общей эффективности преобразования энергии
③Повышенная тепловая нагрузка и сокращение срока службы системы
④Повышенный риск оптического повреждения во время эксплуатации
Поэтому достижение пространственной равномерности распределения света накачки является важнейшей технической задачей при проектировании и производстве модуля накачки.
2. Распространенные причины неравномерного распределения усиления
①Изменения мощности излучения чипа
Лазерные диодные чипы по своей природе подвержены колебаниям мощности. Без надлежащей сортировки или компенсации эти различия могут привести к неравномерной интенсивности накачки в целевой области.
②Ошибки в системах коллимации и фокусировки
Несоосность или дефекты оптических компонентов (например, линз FAC/SAC, решеток микролинз, волоконно-оптических соединителей) могут привести к отклонению частей луча от заданной цели, создавая горячие точки или мертвые зоны.
③Эффекты термического градиента
Полупроводниковые лазеры очень чувствительны к температуре. Неправильная конструкция радиатора или неравномерное охлаждение могут привести к дрейфу длин волн между различными чипами, что скажется на эффективности сопряжения и стабильности выходного сигнала.
④Неадекватная конструкция выходного волокна
В многожильных волоконных или суммирующих лучи выходных структурах неправильная компоновка сердечника также может привести к неравномерному распределению света накачки в среде усиления.
3. Методы улучшения равномерности усиления
①Сортировка чипов и согласование мощности
Точно экранируйте и группируйте чипы лазерных диодов, чтобы гарантировать постоянную выходную мощность в каждом модуле, минимизируя локальные перегревы и точки усиления.
②Оптимизированная оптическая конструкция
Используйте невизуализирующую оптику или гомогенизирующие линзы (например, микролинзовые решетки) для улучшения перекрытия пучка и точности фокусировки, тем самым выравнивая профиль света накачки.
③Улучшенное терморегулирование
Используйте материалы с высокой теплопроводностью (например, CuW, CVD-алмаз) и стратегии равномерного контроля температуры, чтобы уменьшить колебания температуры от кристалла к кристаллу и поддерживать стабильную производительность.
④Гомогенизация интенсивности света
Включайте рассеиватели или элементы формирования луча вдоль пути света накачки, чтобы добиться более равномерного пространственного распределения света в среде усиления.
4. Практическая ценность в реальных приложениях
В высокопроизводительных лазерных системах—такие как точная промышленная обработка, военное лазерное назначение, медицинское лечение и научные исследования—Стабильность и качество выходного луча лазера имеют первостепенное значение. Неравномерное распределение усиления напрямую влияет на надежность и точность системы, особенно в следующих случаях:
①Высокоэнергетические импульсные лазеры: позволяют избежать локального насыщения или нелинейных эффектов
②Волоконные лазерные усилители: подавляют накопление ASE (усиленного спонтанного излучения)
③ЛИДАР и дальномерные системы: повышают точность и повторяемость измерений
④Медицинские лазеры: обеспечивают точный контроль энергии во время процедур
5. Заключение
Равномерность распределения усиления, возможно, не самый заметный параметр модуля накачки, но она необходима для надёжного питания высокопроизводительных лазерных систем. Поскольку требования к качеству и стабильности лазеров продолжают расти, производители модулей накачки должны учитывать«контроль однородности”как основной процесс—постоянно совершенствуем выбор микросхем, структурное проектирование и тепловые стратегии для предоставления более надежных и стабильных источников лазерного излучения для последующих приложений.
Хотите узнать, как мы оптимизируем равномерность усиления в наших насосных модулях? Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших решениях и технической поддержке.
Время публикации: 20 августа 2025 г.