Paljudes rakendustes on mugav ühendada laserdioodi väljund optilise kiuga, et edastada valgust sinna, kus seda vajatakse.
Eelised:
Kiust kiirgaval valgusel on ümar, sile (homogeniseeritud) intensiivsusprofiil ja sümmeetriline kiire kvaliteet, mis on paljudel juhtudel väga mugav. Näiteks on lõpppumbatava tahkislaseri jaoks ümmarguse pumbapunkti tootmiseks vaja vähem keerukat optikat.
Laserdioodi saab koos selle jahutusega eemaldada näiteks pooljuhtlaseri peast, mis võib olla kompaktsem ja jätta siia rohkem ruumi teistele osadele.
Defektse fiibersidestatud dioodlaserit saab hõlpsasti asendada ilma seadme joondust valguse abil muutmata.
Kiudühendusega komponente saab hõlpsasti kombineerida teiste kiudkomponentidega.
Fiibersidestatud dioodlaserite tüübid
Paljusid dioodlasereid müüakse fiibersidestusega kujul, mille laserpaketti on sisse ehitatud tugev kiudühendusega optika (nt püsiv laserkeevituskiu kinnitus). Erinevate dioodlaserite jaoks kasutatavad kiud ja tehnoloogiad on väga erinevad:
Lihtsaim juhtum on VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), mis tavaliselt kiirgab kiiret kiirt, mille kiire kvaliteet on mõõdukas, ilma astigmatismita ja intensiivsuse ringjaotusega. Emissioonipunkti ühemoodilise kiu südamikusse pildistamiseks piisab lihtsast sfäärilisest läätsest. Saavutada on 70-80% suurusjärgus sidumise efektiivsus. Samuti on võimalik siduda (põkkliitega) kiud otse VCSEL-i kiirgava pinnaga.
Väikesed serva kiirgavad laserdioodid kiirgavad ka ühes ruumilises režiimis ja võimaldavad seega põhimõtteliselt ka tõhusat sidumist ühemoodiliste kiududega. Kui aga kasutada lihtsat sfäärilist läätse, väheneb sidestamise efektiivsus märkimisväärselt kiire elliptilisuse tõttu. Lisaks on kiire lahknevus vähemalt ühes suunas suhteliselt suur, mistõttu on vaja suhteliselt suure arvulise avaga objektiive. Teine probleem on dioodi väljundi astigmatism, eriti võimendusjuhitavate dioodide puhul; seda saab kompenseerida täiendavate nõrkade silindriliste läätsedega. Kuni mõnesaja millivatise väljundvõimsusega kiudühendusega võimendusega juhitud LD-sid saab kasutada näiteks erbiumiga legeeritud kiudvõimendite pumpamiseks.
Lihtsa kiudühendusega väikese võimsusega serva kiirgava laserdioodi skemaatiline seadistus. Laserdioodi tahvli pildistamiseks kiudude südamikusse kasutatakse sfäärilist läätse (või võib-olla ka topeltläätse). Kiire elliptilisus ja astigmatism vähendavad sidumise efektiivsust.
Laia ala laserdioodid on ruumiliselt mitmerežiimilised emitteri pikas suunas. Kui ümmargune kiir lihtsalt vormitakse silindrilise läätse abil ja käivitatakse seejärel mitmemoodiliseks kiuks, läheb suur osa heledusest (kiirgusest) kaotsi, kuna kiire telje suunas ei saa ära kasutada kaugtule kvaliteeti. Näiteks saab 1 W võimsust käivitada mitmemoodilisesse kiudu, mille südamiku läbimõõt on 50 μm ja numbriline ava (NA) 0,12. Sellest piisab väikese võimsusega hulgilaserite, näiteks mikrokiiplaserite pumpamiseks. Võimalik on isegi käivitatud 10 W võimsus.
Lihtsa kiudühendusega laia ala laserdioodi skemaatiline seadistus. Kiudläätse kasutatakse kiire kollimeerimiseks kiire telje suunas.
Täiustatud laia ala lasertehnoloogia põhineb kiire kujundamisel enne käivitamist, et saada sümmeetriline kiire kvaliteet (mitte ainult sümmeetriline kiire raadius). See võimaldab suuremat heledust.
Dioodvarraste (dioodimassiivide) puhul on asümmeetrilise kiire kvaliteedi probleem veelgi tõsisem. Siin saab üksikute emitterite väljundid ühendada kiukimbu eraldi kiududeks. Kiud on paigutatud dioodiriba ühel küljel lineaarse massiivina, kuid väljundotsas ringikujulisena. Teise võimalusena võib enne ühte mitmemoodilisse kiudusse käivitamist kasutada tala kvaliteedi sümmeetriliseks muutmiseks mingit kiirkujundajat. Seda saab teha näiteks kahe peegli tala kujundaja või mõne mikrooptikaga. Näiteks 30 W saab ühendada kiuga, mille südamiku läbimõõt on 200-μm (või isegi 100-μm) ja NA on 0,22. Sellist seadistust saab kasutada näiteks umbes 15 W väljundvõimsusega Nd:YAG või Nd:YVO 4 laserite pumpamiseks.
Dioodivirna jaoks kasutatakse suurema südamiku läbimõõduga kiude. Näiteks saab sadu vatti (või isegi kilovatti) optilist võimsust ühendada kiudu, mille südamiku läbimõõt on 600 μm ja NA=0.22.
Kiudühenduse puudused
Kiudühendusega dioodlaserite mõned võimalikud puudused võrreldes vaba ruumi kiirgavate laseritega on järgmised:
Kõrgem kulu. Seda võib aga kompenseerida lihtsama tala käsitsemise ja tarnimisega saavutatav kokkuhoid.
Väljundvõimsus on veidi vähenenud ja mis veelgi olulisem, kiirgus. Sõltuvalt kiudude ühendamise tehnikast võib kiirguse kadu olla suur (üle suurusjärgu) või üsna väike. Mõnel juhul ei pruugi see probleem olla, kuid mõnel juhul toob see kaasa olulisi väljakutseid, näiteks dioodpumbaga hulgilaseri või suure võimsusega fiiberoplaseri projekteerimine.
Enamasti (eriti mitmemoodiliste kiudude puhul) kiud ei ole polarisatsiooni säilitav. Kiu väljund on tavaliselt osaliselt polariseeritud ja polarisatsiooni olek muutub kiudude liigutamisel või temperatuuri muutumisel. See võib põhjustada tõsiseid stabiilsusprobleeme dioodiga pumbatavate tahkislaserite puhul, kui pumba neeldumine sõltub polarisatsioonist (näiteks Nd:YVO 4 ).
Samuti ei pruugi kiudühendusega laserdiooditooted olla saadaval iga optilise lainepikkuse jaoks.
Fiber Output Beam kvaliteet
Kiu väljundi kiirte kvaliteeti tavaliselt ei täpsustata; paljudel juhtudel on teada ainult südamiku läbimõõt ja numbriline ava (NA) ning eeldatakse astmelise indeksi mitmemoodilist kiudu. Sel juhul puudub valem kiire kvaliteedi täpseks arvutamiseks, kuna see sõltub optilise võimsuse jaotusest kiu režiimide vahel, mis ise sõltub käivitustingimustest. Kuid kiire kvaliteeditegurit M2 saab ligikaudselt hinnata, eeldades, et võimsus on režiimide vahel hästi jaotunud ja seetõttu kujutab numbriline ava tegeliku kiire lahknevuse (mis võib olla veidi suurem) mõistlikku hinnangut. See toob kaasa võrrandi M2≈(π /λ)ΝΑ, kus a on kiu südamiku raadius (st pool südamiku läbimõõdust). Kiirekvaliteeti saab oluliselt parandada ka siis, kui valgust käivitatakse valdavalt madala järgu juhitavate kiudude režiimides, kuid seda võib halvendada kiu tugev painutamine.
Meie aadress
B-1507 Ruiding Mansion, nr 200 Zhenhua Rd, Xihu piirkond
Telefoninumber
0086 181 5840 0345
E-post
info@brandnew-china.com
