Fiber birləşdirilmiş yarımkeçirici lazer

Tərif: Yaranan işığın optik lifə birləşdirildiyi bir diod lazer.

Bir çox hallarda, diod lazerindən çıxan işığı optik lifə birləşdirmək lazımdır ki, işığı lazım olan yerə ötürə bilsin. Fiber-birləşdirilmiş yarımkeçirici lazerlər aşağıdakı üstünlüklərə malikdir:

1. Optik lifdən yayılan işığın intensivlik əyrisi ümumiyyətlə hamar və dairəvidir və şüa keyfiyyəti simmetrikdir, bu da tətbiqdə çox rahatdır. Məsələn, daha az mürəkkəb optika son pompalı bərk cisimli lazerlər üçün dairəvi nasos ləkələri yaratmaq üçün istifadə olunur.

2. Lazer diodu və onun soyuducu qurğusu bərk cisimli lazer başlığından çıxarılarsa, lazer çox kiçik olur və digər optik hissələri yerləşdirmək üçün kifayət qədər yer var.

3. Qeyri-ixtisaslı optik birləşdirilmiş yarımkeçirici lazerlərin dəyişdirilməsi cihazın quruluşunun dəyişdirilməsini tələb etmir.

4. Optik birləşdirici qurğunun digər fiber optik cihazları ilə birlikdə istifadəsi asandır.

Fiber Birləşdirilmiş Yarımkeçirici Lazer növləri

Bir çox bitmiş diod lazerləri liflə birləşdirilmişdir, lazer paketində çox möhkəm liflə əlaqəli optikləri ehtiva edir. Fərqli diod lazerləri müxtəlif liflər və texnologiyalardan istifadə edir.

Ən sadə hal ondan ibarətdir ki, VCSEL (Şaquli Boşluq Səthi Radiasiya Lazeri) adətən çox yüksək şüa keyfiyyəti, orta şüa divergensiyası, astiqmatizmi olmayan və dairəvi intensivlik paylanması olan bir şüa yayır. Radiasiya nöqtəsinin tək rejimli lifin nüvəsində təsviri sadə sferik lens tələb edir. Birləşmənin səmərəliliyi 70-80% -ə çata bilər. Optik liflər də birbaşa VCSEL-in şüalanma səthinə birləşdirilə bilər.

Kiçik kənar emissiya lazer diodları da tək bir məkan rejimi yayır və beləliklə, prinsipcə, tək rejimli liflərə səmərəli şəkildə birləşdirilə bilər. Bununla belə, yalnız sadə bir sferik lens istifadə edilərsə, şüanın elliptikliyi birləşmənin səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaqdır. Şüa divergensiya bucağı ən azı bir istiqamətdə nisbətən böyükdür, buna görə də lensin nisbətən böyük ədədi diyaframı olmalıdır. Başqa bir problem, diodun çıxış işığında mövcud olan astiqmatizmdir, xüsusən də əlavə silindrik lens istifadə edərək kompensasiya edilə bilən qazancla idarə olunan dioddur. Çıxış gücü bir neçə yüz millivata çatarsa, erbium qatqılı lif gücləndiricilərini vurmaq üçün liflə birləşdirilmiş qazancla idarə olunan lazer diodlarından istifadə edilə bilər.

Şəkil 2: Sadə aşağı güclü liflə birləşdirilmiş kənar emissiya lazer diodunun sxemi. Sferik lens lazer diodunun səthindən lif nüvəsinə yayılan işığın təsvirini çəkmək üçün istifadə olunur. Şüaların elliptikliyi və astiqmatizm birləşmənin səmərəliliyini azaldır.

Geniş sahəli lazer diodları radiasiya istiqamətində məkan baxımından çox rejimlidir. Əgər siz sadəcə silindrik obyektiv vasitəsilə dairəvi şüanı formalaşdırsanız (məsələn, Şəkil 3-də göstərildiyi kimi lifli linza) və sonra multimod lifinə daxil olsanız, parlaqlığın çox hissəsi itiriləcək, çünki yüksək keyfiyyətli şüa sürətli ox istiqamətində Keyfiyyətdən istifadə etmək olmaz. Məsələn, 1 Vt gücündə olan işıq nüvəsinin diametri 50 mikron və 0,12 ədədi diyaframı olan multimod lifinə daxil ola bilər. Bu işıq, mikroçip lazer kimi aşağı güclü toplu lazeri vurmaq üçün kifayətdir. Hətta 10 Vt işıq yaymaq da mümkündür.

Şəkil 3: Sadə optik bağlı geniş sahəli lazer diodunun sxemi. Fiber optik linzalar işığın sürətli ox istiqamətində kolimasiyası üçün istifadə olunur.

Təkmilləşdirilmiş genişzolaqlı lazer texnologiyası, şüanı atəş etməzdən əvvəl simmetrik şüa keyfiyyətinə (yalnız şüa radiusuna deyil) malik olmaq üçün formalaşdırmaq olardı. Bu da daha yüksək parlaqlıqla nəticələnir.

Diod massivlərində asimmetrik şüa keyfiyyəti problemi daha ciddidir. Hər bir ötürücünün çıxışı lif paketində fərqli bir lifə birləşdirilə bilər. Optik liflər diod massivinin bir tərəfində xətti düzülür, lakin çıxış ucları dairəvi massivdə düzülür. Şüanı multimod lifə işə salmazdan əvvəl simmetrik şüa keyfiyyətinə nail olmaq üçün şüa formalaşdırıcıdan istifadə edilə bilər. Bu, 30 Vt işığı 0,22 ədədi diametrli 200 mikron diametrli lifə birləşdirməyə imkan verir. Bu cihaz təxminən 15W çıxış gücü əldə etmək üçün Nd:YAG və ya Nd:YVO4 lazerlərini vurmaq üçün istifadə edilə bilər.

Diod yığınlarında daha böyük diametrli liflər də adətən istifadə olunur. Bir neçə yüz vatt (və ya hətta bir neçə kilovat) işıq nüvəsinin diametri 600 mikron və 0,22 ədədi diyaframı olan optik lifə birləşdirilə bilər.

Fiber birləşmənin çatışmazlıqları.

Sərbəst kosmik radiasiya lazerləri ilə müqayisədə liflə birləşdirilmiş yarımkeçirici lazerlərin bəzi çatışmazlıqlarına aşağıdakılar daxildir:

daha yüksək qiymət. Şüaların işlənməsi və ötürülməsi prosesləri sadələşdirilərsə, xərclər azaldıla bilər.

Çıxış gücü bir qədər kiçikdir və daha vacibi parlaqlıqdır. Parlaqlıq itkisi istifadə olunan lif birləşmə texnologiyasından asılı olaraq bəzən çox böyük (böyüklük sırasından daha böyük) və bəzən kiçik olur. Bəzi hallarda bunun əhəmiyyəti yoxdur, lakin digər hallarda, məsələn, diodla vurulan toplu lazerlərin və ya yüksək güclü fiber lazerlərin dizaynında problemə çevrilir.

Əksər hallarda (xüsusilə multimod lif) lif polarizasiyanı qoruyur. Sonra lifin çıxış işığı qismən qütbləşir və lif köçürülərsə və ya temperatur dəyişərsə, polarizasiya vəziyyəti də dəyişəcəkdir. Əgər nasosun udulması qütbləşmədən asılıdırsa, bu, diodla vurulan bərk hallı lazerlərdə əhəmiyyətli sabitlik problemləri yarada bilər.