Trong công nghệ laser hiện đại, các mô-đun bơm diode đã trở thành nguồn bơm lý tưởng cho laser trạng thái 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 hệ thống là tính đồng nhất của phân bố độ khuếch đại bên trong mô-đun bơm.
1. Tính đồng đều của phân bổ lợi ích 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 (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 đồng đều, nó sẽ dẫn đến sự khuếch đại không đối xứng trong môi trường, dẫn đến:
①Chất lượng chùm tia laser đầu ra bị suy giảm
②Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tổng thể giảm.
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 nhất về không gian trong phân bố ánh sáng bơm là mục tiêu kỹ thuật quan trọng trong thiết kế và sản xuất mô-đun bơm.
2. Các nguyên nhân phổ biến gây ra sự phân bố lợi ích không đồng đều
①Sự thay đổi về công suất phát xạ của chip
Các chip diode laser vốn dĩ có sự biến thiên công suất. Nếu không được phân loại hoặc bù trừ đúng cách, những khác biệt này có thể dẫn đến cường độ bơm không nhất quán trên toàn vùng mục tiêu.
②Các lỗi trong hệ thống chuẩn trực và lấy nét
Sự sai lệch hoặc khiếm khuyết trong các thành phần quang học (ví dụ: thấu kính FAC/SAC, mảng thấu kính siêu nhỏ, bộ ghép sợi quang) có thể khiến một phần chùm tia lệch khỏi mục tiêu dự định, tạo ra các điểm nóng hoặc vùng chết.
③Hiệu ứng chênh lệch nhiệt độ
Các laser bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Thiết kế tản nhiệt kém hoặc làm mát không đồng đều có thể gây ra sự thay đổi bước sóng giữa các chip khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu suất ghép nối và tính nhất quán của đầu ra.
④Thiết kế đầu ra sợi quang không phù hợp
Trong các cấu trúc đầu ra dạng sợi đa lõi hoặc kết hợp chùm tia, việc bố trí lõi không đúng cách cũng có thể dẫn đến sự phân bố ánh sáng bơm không đồng đều trong môi trường khuếch đại.
3. Các kỹ thuật cải thiện tính đồng nhất của độ khuếch đại
①Phân loại chip và ghép công suất
Chọn 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 các điểm nóng về độ 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 sự chồng chéo chùm tia và độ chính xác hội tụ, từ đó làm phẳng cấu hình ánh sáng bơm.
③Quản lý nhiệt được cải tiến
Sử dụng các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao (ví dụ: CuW, kim cương CVD) và các chiến lược kiểm soát nhiệt độ đồng đều để giảm thiểu sự dao động nhiệt độ giữa các chip và duy trì đầu ra ổn định.
④Đồng nhất cường độ ánh sáng
Tích hợp các bộ khuếch tán hoặc các phần tử định hình chùm tia dọc theo đường dẫn ánh sáng bơm để đạt được sự phân bố ánh sáng đồng 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 gia công công nghiệp chính xác, định vị laser quân sự, điều trị y tế và nghiên cứu khoa học.—Độ ổn định và chất lượng chùm tia laser đầu ra là tối quan trọng. Sự phân bố độ khuếch đại 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:
①Laser 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 tính lặp lại của phép đo.
④Laser y tế: Đảm bảo kiểm soát năng lượng chính xác trong quá trình điều trị.
5. Kết luận
Độ đồng đều phân bố công suất có thể không phải là thông số dễ thấy nhất của một mô-đun bơm, nhưng nó rất cần thiết để cung cấp năng lượng ổn định 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 vấn đề này.“kiểm soát đồng nhất"như một quy trình cốt lõi—Liên tục tinh chỉnh việc lựa chọn chip, thiết kế cấu trúc và chiến lược tản nhiệt để cung cấp các nguồn laser đáng tin cậy và ổn định hơn cho các ứng dụng tiếp theo.
Bạn muốn tìm hiểu cách chúng tôi tối ưu hóa độ đồng đều khuếch đại trong các mô-đun bơm của mình? 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 bài: 20/08/2025