Trong công nghệ laser hiện đại, các mô-đun bơm diode đã trở thành nguồn bơm lý tưởng cho laser thể rắn và laser sợi quang nhờ hiệu suất cao, độ tin cậy và thiết kế nhỏ gọn. Tuy nhiên, một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất đầu ra và độ ổn định của hệ thống là tính đồng đều của phân bố khuếch đại trong mô-đun bơm.
1. Độ đồng đều phân phối khuếch đại là gì?
Trong các mô-đun bơm diode, nhiều thanh diode laser được sắp xếp thành một mảng, và ánh sáng bơm của chúng được truyền vào môi trường khuếch đại (chẳng hạn như sợi quang pha tạp Yb hoặc tinh thể Nd:YAG) thông qua một hệ thống quang học. Nếu sự phân bố công suất của ánh sáng bơm không đều, nó sẽ dẫn đến độ khuếch đại không đối xứng trong môi trường, dẫn đến:
①Chất lượng chùm tia laser đầu ra bị suy giảm
②Giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng tổng thể
③Tăng ứng suất nhiệt và giảm tuổi thọ hệ thống
④Nguy cơ hư hỏng quang học cao hơn trong quá trình vận hành
Do đó, đạt được sự đồng đều về mặt không gian trong việc phân bổ ánh sáng của máy bơm là mục tiêu kỹ thuật quan trọng trong thiết kế và sản xuất mô-đun máy bơm.
2. Nguyên nhân phổ biến của sự phân phối lợi nhuận không đồng đều
①Biến thể trong công suất phát xạ của chip
Chip diode laser vốn dĩ có sự biến thiên công suất. Nếu không được phân loại hoặc bù trừ thích hợp, những khác biệt này có thể dẫn đến cường độ bơm không đồng đều trên toàn bộ vùng mục tiêu.
②Lỗi trong hệ thống chuẩn trực và hội tụ
Sự không thẳng hàng hoặc lỗi trong các thành phần quang học (ví dụ: thấu kính FAC/SAC, mảng thấu kính vi mô, bộ ghép sợi) có thể khiến một số bộ phận của chùm tia lệch khỏi mục tiêu dự định, tạo ra điểm nóng hoặc vùng chết.
③Hiệu ứng Gradient nhiệt
Laser bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Thiết kế tản nhiệt kém hoặc làm mát không đều có thể gây ra hiện tượng trôi bước sóng giữa các chip khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu suất ghép nối và độ đồng nhất của đầu ra.
④Thiết kế đầu ra sợi không đủ
Trong cấu trúc đầu ra kết hợp chùm tia hoặc sợi quang đa lõi, bố trí lõi không phù hợp cũng có thể dẫn đến sự phân bố ánh sáng bơm không đồng đều trong môi trường khuếch đại.
3. Kỹ thuật cải thiện độ đồng đều của độ lợi
①Phân loại chip và khớp nguồn
Sàng lọc và nhóm các chip diode laser một cách chính xác để đảm bảo công suất đầu ra ổn định trong mỗi mô-đun, giảm thiểu hiện tượng quá nhiệt cục bộ và điểm nóng khuếch đại.
②Thiết kế quang học tối ưu
Sử dụng quang học không tạo ảnh hoặc thấu kính đồng nhất (ví dụ: mảng thấu kính siêu nhỏ) để cải thiện độ chồng chùm tia và độ chính xác hội tụ, do đó làm phẳng cấu hình ánh sáng bơm.
③Quản lý nhiệt nâng cao
Sử dụng vật liệu có độ dẫn nhiệt cao (ví dụ: CuW, kim cương CVD) và các chiến lược kiểm soát nhiệt độ đồng nhất để giảm thiểu biến động nhiệt độ giữa các chip và duy trì đầu ra ổn định.
④Đồng nhất cường độ ánh sáng
Kết hợp bộ khuếch tán hoặc các thành phần định hình chùm tia dọc theo đường đi của ánh sáng bơm để đạt được sự phân bổ ánh sáng đều hơn trong môi trường khuếch đại.
4. Giá trị thực tiễn trong các ứng dụng thực tế
Trong các hệ thống laser cao cấp—chẳng hạn như chế biến công nghiệp chính xác, chỉ định laser quân sự, điều trị y tế và nghiên cứu khoa học—Độ ổn định và chất lượng chùm tia của đầu ra laser là tối quan trọng. Phân bố độ lợi không đồng đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống, đặc biệt trong các trường hợp sau:
①Tia laser xung năng lượng cao: Tránh hiện tượng bão hòa cục bộ hoặc hiệu ứng phi tuyến tính
②Bộ khuếch đại laser sợi quang: Ngăn chặn sự tích tụ ASE (Phát xạ tự phát khuếch đại)
③Hệ thống LIDAR và đo khoảng cách: Cải thiện độ chính xác và khả năng lặp lại của phép đo
④Tia laser y tế: Đảm bảo kiểm soát năng lượng chính xác trong quá trình điều trị
5. Kết luận
Độ đồng đều phân phối lợi ích có thể không phải là thông số dễ thấy nhất của mô-đun bơm, nhưng nó rất cần thiết để cung cấp năng lượng đáng tin cậy cho các hệ thống laser hiệu suất cao. Khi nhu cầu về chất lượng và độ ổn định của laser ngày càng tăng, các nhà sản xuất mô-đun bơm phải xử lý“kiểm soát tính đồng nhất"như một quá trình cốt lõi—liên tục cải tiến việc lựa chọn chip, thiết kế cấu trúc và chiến lược nhiệt để cung cấp nguồn laser đáng tin cậy và nhất quán hơn cho các ứng dụng hạ nguồn.
Bạn quan tâm đến cách chúng tôi tối ưu hóa độ đồng đều của mô-đun bơm? Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để tìm hiểu thêm về các giải pháp và hỗ trợ kỹ thuật của chúng tôi.
Thời gian đăng: 20-08-2025