یکنواختی توزیع بهره در ماژول‌های پمپاژ دیودی: کلید پایداری عملکرد

در فناوری لیزر مدرن، ماژول‌های پمپاژ دیودی به دلیل راندمان بالا، قابلیت اطمینان و طراحی جمع و جور، به منبع پمپ ایده‌آل برای لیزرهای حالت جامد و فیبر تبدیل شده‌اند. با این حال، یکی از عوامل حیاتی مؤثر بر عملکرد خروجی و پایداری سیستم، یکنواختی توزیع بهره در ماژول پمپ است.

۱. یکنواختی توزیع بهره چیست؟

در ماژول‌های پمپاژ دیودی، چندین میله دیود لیزری به صورت آرایه‌ای چیده شده‌اند و نور پمپ آنها از طریق یک سیستم نوری به محیط تقویت (مانند فیبر آلاییده شده با Yb یا کریستال Nd:YAG) منتقل می‌شود. اگر توزیع توان نور پمپ ناهموار باشد، منجر به تقویت نامتقارن در محیط می‌شود و در نتیجه:

۱. (۱)کیفیت پرتو خروجی لیزر کاهش یافته است

②کاهش راندمان کلی تبدیل انرژی

۳. (۳)افزایش تنش حرارتی و کاهش طول عمر سیستم

④خطر بیشتر آسیب نوری در حین کار

بنابراین، دستیابی به یکنواختی فضایی در توزیع نور پمپ، یک هدف فنی حیاتی در طراحی و ساخت ماژول پمپ است.

۲. علل رایج توزیع غیر یکنواخت بهره

۱. (۱)تغییرات در توان انتشار تراشه

تراشه‌های دیود لیزر ذاتاً تغییرات توان را نشان می‌دهند. بدون مرتب‌سازی یا جبران‌سازی مناسب، این تفاوت‌ها می‌توانند منجر به شدت پمپ ناهماهنگ در ناحیه هدف شوند.

②خطاها در سیستم‌های هم‌خطی و فوکوس

ناهم‌ترازی یا نقص در اجزای نوری (مثلاً لنزهای FAC/SAC، آرایه‌های میکرولنز، کوپلر فیبر) می‌تواند باعث شود بخش‌هایی از پرتو از هدف مورد نظر منحرف شوند و نقاط داغ یا مناطق کور ایجاد کنند.

۳. (۳)اثرات گرادیان حرارتی

لیزرهای نیمه‌هادی به دما بسیار حساس هستند. طراحی ضعیف هیت‌سینک یا خنک‌سازی ناهموار می‌تواند باعث ایجاد اختلاف طول موج در بین تراشه‌های مختلف شود و بر راندمان کوپلینگ و ثبات خروجی تأثیر بگذارد.

④طراحی نامناسب خروجی فیبر

در ساختارهای خروجی فیبر چند هسته‌ای یا ترکیب پرتو، چیدمان نامناسب هسته همچنین می‌تواند منجر به توزیع نور پمپ غیر یکنواخت در محیط تقویت شود.

۳. تکنیک‌هایی برای بهبود یکنواختی بهره

۱. (۱)مرتب‌سازی تراشه و تطبیق توان

تراشه‌های دیود لیزری را به طور دقیق غربالگری و گروه‌بندی کنید تا از توان خروجی ثابت در هر ماژول اطمینان حاصل شود و گرمای بیش از حد موضعی و نقاط داغ بهره به حداقل برسد.

②طراحی اپتیکی بهینه شده

از اپتیک غیرتصویربرداری یا لنزهای همگن‌کننده (مثلاً آرایه‌های میکرولنز) برای بهبود همپوشانی پرتو و دقت فوکوس استفاده کنید و در نتیجه، پروفیل نور پمپ را مسطح کنید.

۳. (۳)مدیریت حرارتی پیشرفته

از مواد با رسانایی حرارتی بالا (مثلاً CuW، الماس CVD) و استراتژی‌های کنترل دمای یکنواخت برای کاهش نوسانات دمایی بین تراشه‌ها و حفظ خروجی پایدار استفاده کنید.

④همگن‌سازی شدت نور

برای دستیابی به توزیع فضایی یکنواخت‌تر نور در محیط تقویت، دیفیوزرها یا عناصر شکل‌دهنده پرتو را در امتداد مسیر نور پمپ قرار دهید.

۴. ارزش عملی در کاربردهای دنیای واقعی

در سیستم‌های لیزری پیشرفته—مانند پردازش دقیق صنعتی، طراحی لیزر نظامی، درمان پزشکی و تحقیقات علمی—پایداری و کیفیت پرتو خروجی لیزر از اهمیت بالایی برخوردار است. توزیع غیر یکنواخت بهره مستقیماً بر قابلیت اطمینان و دقت سیستم تأثیر می‌گذارد، به ویژه در سناریوهای زیر:

۱. (۱)لیزرهای پالسی پرانرژی: از اشباع موضعی یا اثرات غیرخطی جلوگیری می‌کند

②تقویت‌کننده‌های لیزر فیبری: تجمع ASE (انتشار خودبه‌خودی تقویت‌شده) را سرکوب می‌کنند

۳. (۳)سیستم‌های لیدار و مسافت‌یاب: دقت اندازه‌گیری و تکرارپذیری را بهبود می‌بخشد

④لیزرهای پزشکی: کنترل دقیق انرژی را در طول درمان تضمین می‌کند

۵. نتیجه‌گیری

یکنواختی توزیع بهره ممکن است قابل مشاهده‌ترین پارامتر یک ماژول پمپ نباشد، اما برای تأمین انرژی قابل اعتماد سیستم‌های لیزری با کارایی بالا ضروری است. با افزایش تقاضا برای کیفیت و پایداری لیزر، تولیدکنندگان ماژول پمپ باید به این موضوع توجه کنند.«کنترل یکنواختی« ».به عنوان یک فرآیند اصلی—دائماً در حال اصلاح انتخاب تراشه، طراحی ساختاری و استراتژی‌های حرارتی است تا منابع لیزری قابل اعتمادتر و سازگارتری را برای کاربردهای پایین‌دستی ارائه دهد.

آیا به نحوه بهینه‌سازی یکنواختی بهره در ماژول‌های پمپ ما علاقه‌مند هستید؟ برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد راهکارها و پشتیبانی فنی ما، همین امروز با ما تماس بگیرید.