Memandangkan aplikasi laser berkuasa tinggi terus berkembang, bar diod laser telah menjadi sangat diperlukan dalam bidang seperti pengepaman laser, pemprosesan perindustrian, peralatan perubatan dan penyelidikan saintifik. Dengan ketumpatan kuasa yang sangat baik, kebolehskalaan modular dan kecekapan elektro-optik yang tinggi, peranti ini merupakan teras kepada banyak sistem laser moden. Namun, antara banyak penunjuk prestasi bar diod laser, satu parameter sering diabaikan tetapi sangat penting: sudut pencapahan. Artikel ini meneroka ciri-ciri, asal usul fizikal dan implikasi sudut pencapahan dalam bar diod laser—dan bagaimana reka bentuk optik dapat mengurusnya dengan berkesan.
1. Apakah Sudut Divergensi?
Sudut divergensi menerangkan bagaimana pancaran laser merebak apabila ia merambat di ruang bebas. Ia menunjukkan sejauh mana pancaran mengembang dari aspek pancaran. Dalam bar diod laser, sudut divergensi mempamerkan asimetri yang kuat dalam dua arah utama:
Paksi Pantas: Tegak lurus dengan permukaan bar. Kawasan pancaran adalah sangat sempit (biasanya 1–2 µm), yang membawa kepada sudut pencapahan yang besar, selalunya 30°–45° atau lebih.
Paksi Perlahan: Selari dengan panjang bar. Kawasan pancaran adalah lebih luas (beratus-ratus mikron), menghasilkan sudut pencapahan yang lebih kecil, biasanya sekitar 5°–15°.
Perbezaan asimetri ini merupakan cabaran reka bentuk utama untuk penyepaduan sistem yang melibatkan bar diod laser.
2. Asal Usul Fizikal Perbezaan
Sudut divergensi ditentukan terutamanya oleh struktur pandu gelombang dan saiz faset pancaran:
Dalam paksi laju, kawasan pancaran adalah sangat kecil. Menurut teori pembelauan, apertur yang lebih kecil menghasilkan pencapahan yang lebih besar.
Dalam paksi perlahan, pancaran mengembang di sepanjang bar merentasi berbilang pemancar, menghasilkan sudut pencapahan yang lebih kecil.
Akibatnya, bar diod laser secara semulajadinya mempamerkan pencapahan yang tinggi dalam paksi laju dan pencapahan yang rendah dalam paksi perlahan.
3. Bagaimana Sudut Divergensi Mempengaruhi Reka Bentuk Sistem
① Kos Kolimasi dan Pembentukan Rasuk yang Tinggi
Disebabkan asimetri pancaran mentah yang tinggi, optik FAC (Kolimasi Paksi Cepat) dan SAC (Kolimasi Paksi Perlahan) mesti digunakan. Ini meningkatkan kerumitan sistem dan memerlukan ketepatan pemasangan dan kestabilan terma yang tinggi.
② Kecekapan Gandingan Serat Terhad
Apabila menggabungkan bar laser ke dalam gentian berbilang mod, sistem optik atau kanta asferik, perbezaan paksi pantas yang besar boleh menyebabkan "limpahan" pancaran, sekali gus mengurangkan kecekapan gandingan. Perbezaan merupakan sumber utama kehilangan optik.
③ Kualiti Rasuk dalam Susunan Modul
Dalam modul bertindan berbilang bar, pencapahan yang tidak terkawal dengan baik boleh menyebabkan pertindihan pancaran yang tidak sekata atau herotan medan jauh, yang menjejaskan ketepatan pemfokusan dan taburan haba.
4. Cara Mengawal dan Mengoptimumkan Perbezaan dalam Bar Diod Laser
Walaupun perbezaan sebahagian besarnya ditakrifkan oleh struktur peranti, beberapa strategi peringkat sistem boleh digunakan untuk pengoptimuman:
①Penggunaan Kanta FAC
Meletakkan kanta kolimasi paksi pantas berhampiran dengan faset pemancar akan memampatkan pancaran dan mengurangkan pencapahan dalam paksi pantas—ini penting dalam kebanyakan reka bentuk.
②Kanta SAC untuk Pembentukan Tambahan
Walaupun perbezaan paksi perlahan lebih kecil, pembentukan masih diperlukan dalam tatasusunan atau sumber cahaya garis untuk mencapai output seragam.
③Penggabungan Rasuk dan Reka Bentuk Pembentukan Optik
Menggunakan tatasusunan kanta mikro, kanta silinder atau optik berstruktur boleh membantu membentuk berbilang pancaran laser menjadi output seragam dan kecerahan tinggi.
④Pengoptimuman Pandu Gelombang Peringkat Peranti
Melaraskan ketebalan lapisan aktif, reka bentuk pandu gelombang dan struktur parut boleh memperhalusi lagi perbezaan paksi pantas dari aras cip.
5. Kawalan Divergensi dalam Aplikasi Dunia Nyata
①Sumber Pam Laser
Dalam sistem laser keadaan pepejal atau gentian berkuasa tinggi, bar diod laser berfungsi sebagai sumber pam. Mengawal pencapahan—terutamanya dalam paksi pantas—meningkatkan kecekapan gandingan dan pemfokusan pancaran.
②Peranti Perubatan
Bagi sistem seperti terapi laser dan penyingkiran bulu, pengurusan perbezaan memastikan penghantaran tenaga yang lebih seragam dan rawatan yang lebih selamat dan berkesan.
③Pemprosesan Bahan Perindustrian
Dalam kimpalan dan pemotongan laser, perbezaan yang dioptimumkan menyumbang kepada ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, fokus yang lebih baik dan pemprosesan yang lebih tepat dan cekap.
6. Kesimpulan
Sudut pencapahan bar diod laser merupakan titik peralihan penting—daripada fizik cip skala mikro kepada sistem optik skala makro.
Ia berfungsi sebagai penunjuk kualiti pancaran dan sempadan reka bentuk untuk penyepaduan. Memandangkan permintaan aplikasi dan kerumitan sistem terus meningkat, memahami dan mengawal perbezaan menjadi kecekapan teras bagi pengeluar dan penyepadu laser—terutamanya untuk maju ke arah kuasa, kecerahan dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi.
Masa siaran: 14 Julai 2025