U mnogim je primjenama prikladno spojiti izlaz laserske diode na optičko vlakno kako bi se svjetlost isporučila tamo gdje je potrebna.
Prednosti:
Svjetlo koje emitira vlakno ima okrugli, glatki (homogenizirani) profil intenziteta i simetričnu kvalitetu snopa, što je vrlo zgodno u mnogim slučajevima. Na primjer, potrebna je manje složena optika da bi se proizvela okrugla točka pumpe za kruti laser s krajnjim pumpanjem.
Laserska dioda se može izvaditi zajedno sa svojim hlađenjem, na primjer iz glave solid-state lasera, koja može biti kompaktnija i ostaviti više prostora za druge dijelove ovdje.
Neispravni diodni laser sa spojenim vlaknima može se jednostavno zamijeniti bez promjene poravnanja uređaja pomoću svjetla.
Komponente povezane s vlaknima mogu se lako kombinirati s drugim komponentama vlakana.
Vrste fiber-coupled diodnih lasera
Mnogi diodni laseri prodaju se u obliku spojenih vlakana, s robusnom optikom za spajanje vlakana ugrađenom u paket lasera (npr. trajni priključak vlakana za lasersko zavarivanje). Vlakna i tehnologije koje se koriste za različite diodne lasere uvelike se razlikuju:
Najjednostavniji slučaj je VCSEL (vertical cavity surface emitting laser), koji obično emitira zraku visoke kvalitete, umjerene divergencije zrake, bez astigmatizma i kružne distribucije intenziteta. Jednostavna sferna leća dovoljna je za oslikavanje točke emisije u jezgru jednomodnog vlakna. Mogu se postići učinkovitosti spajanja reda veličine 70-80%. Također je moguće spojiti (čeono spojiti) vlakno izravno na emitirajuću površinu VCSEL-a.
Male laserske diode koje emitiraju rub također emitiraju u jednom prostornom modu i stoga u načelu također omogućuju učinkovito spajanje na jednomodna vlakna. Međutim, ako se koristi jednostavna sferna leća, učinkovitost spajanja je značajno smanjena zbog eliptičnosti snopa. Nadalje, divergencija snopa je relativno velika u barem jednom smjeru, što zahtijeva leće s relativno velikim numeričkim otvorom blende. Drugi problem je astigmatizam diodnog izlaza, posebno za diode vođene pojačanjem; to se može kompenzirati dodatnim slabim cilindričnim lećama. S izlaznom snagom do nekoliko stotina milivata, LD-ovi s pojačanjem povezanim vlaknima mogu se koristiti za pumpanje, na primjer, vlaknastih pojačala dopiranih erbijem.
Shematski postav jednostavne laserske diode niske snage s rubnim emitiranjem spojene na vlakna. Sferična leća (ili eventualno dvostruka leća) koristi se za prikaz aspekta laserske diode u jezgri vlakna. Eliptičnost snopa i astigmatizam smanjuju učinkovitost spajanja.
Laserske diode širokog područja su prostorno multimodne u dugom smjeru emitera. Ako se okrugli snop jednostavno oblikuje cilindričnom lećom i zatim lansira u višemodno vlakno, veliki dio svjetline (zračenja) će se izgubiti jer se kvaliteta visokog snopa u smjeru brze osi ne može iskoristiti. Na primjer, 1 W snage može se lansirati u višemodno vlakno s promjerom jezgre od 50 μm i numeričkom aperturom (NA) od 0,12. To je dovoljno za pumpanje masovnih lasera male snage, kao što su mikročip laseri. Moguće su čak i lansirane snage od 10 W.
Shematski postav jednostavne laserske diode širokog područja spojene na vlakna. Vlaknasta leća koristi se za kolimiranje zrake u smjeru brze osi.
Poboljšana laserska tehnologija širokog područja temelji se na oblikovanju zrake prije lansiranja kako bi se dobila simetrična kvaliteta zrake (ne samo simetrični radijus zrake). To omogućuje veću svjetlinu.
Za diodne šipke (diodne nizove), problem asimetrične kvalitete snopa još je teži. Ovdje se izlazi pojedinačnih emitera mogu spojiti u odvojena vlakna snopa vlakana. Vlakna su raspoređena u linearni niz na jednoj strani diodne trake, ali u kružnom nizu na izlaznom kraju. Alternativno, može se upotrijebiti neka vrsta oblikovatelja snopa kako bi se kvaliteta snopa učinila simetričnom prije lansiranja u jedno višemodno vlakno. To se može učiniti, na primjer, s dvozrcalnim oblikivačem snopa ili nekom mikrooptikom. Na primjer, 30 W može se spojiti u vlakno s promjerom jezgre od 200-μm (ili čak 100-μm) i NA od 0,22. Takva postavka može se koristiti, na primjer, za pumpanje Nd:YAG ili Nd:YVO 4 lasera izlazne snage od oko 15 W.
Za snop dioda koriste se vlakna s većim promjerom jezgre. Na primjer, stotine vata (ili čak kilovata) optičke snage mogu se spojiti u vlakno s promjerom jezgre od 600 μm i NA=0.22.
Nedostaci spajanja vlakana
Neki potencijalni nedostaci diodnih lasera s vlaknima u usporedbi s laserima koji emitiraju u slobodnom prostoru su:
Veći trošak. Međutim, to se može nadoknaditi uštedama dobivenim jednostavnijim rukovanjem snopom i isporukom.
Izlazna snaga je malo smanjena, i što je još važnije, zračenje. Gubitak zračenja može biti velik (preko reda veličine) ili prilično mali, ovisno o tehnici spajanja vlakana. U nekim slučajevima to možda i nije problem, ali u drugim predstavlja značajne izazove kao što je projektiranje bulk lasera s diodnom pumpom ili vlaknastog lasera velike snage.
U većini slučajeva (osobito višemodnih vlakana), vlakno ne održava polarizaciju. Izlaz vlakana obično će biti djelomično polariziran, a stanje polarizacije će se promijeniti kada se vlakno pomakne ili kada se promijeni temperatura. To može dovesti do ozbiljnih problema sa stabilnošću lasera čvrstog stanja s diodnom pumpom kada je apsorpcija pumpe ovisna o polarizaciji (kao u Nd:YVO 4 ).
Proizvodi laserske diode povezani s vlaknima također možda neće biti dostupni za sve optičke valne duljine.
Kvaliteta izlaznog snopa vlakana
Kvaliteta snopa izlaza vlakana obično nije navedena; u mnogim slučajevima poznati su samo promjer jezgre i numerička apertura (NA), a pretpostavlja se višemodno vlakno s indeksom koraka. U ovom slučaju ne postoji formula za točan izračun kvalitete zrake, budući da ona ovisi o distribuciji optičke snage po modovima vlakana, koja sama ovisi o uvjetima lansiranja. Međutim, faktor kvalitete zrake M2 može se grubo procijeniti, uz pretpostavku da je snaga dobro raspoređena po modovima i stoga numerička apertura predstavlja razumnu procjenu stvarne divergencije zrake (koja može biti malo veća). To dovodi do jednadžbe M2≈(π /λ)ΝΑ, gdje je a radijus jezgre vlakna (tj. polovica promjera jezgre). Kvaliteta snopa također se može značajno poboljšati ako se svjetlost emitira pretežno u modovima vođenih vlakana niskog reda, ali može biti degradirana jakim savijanjem vlakana.
Naša adresa
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Broj telefona
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
