SAME Divergence kampo poveikis kietojo kūno lazerio veikimui ir jo optimizavimui

Kietojo kūno lazeriaiyra įrenginiai, kuriuose naudojamos kietojo kūno padidėjimo terpės (pvz., Kristalai ar stiklai, tokie kaip ND: YAG ir YB: YAG), kaip jų šerdį ir sukuria didelės energijos lazerius per optinį siurbimą. Jie pasižymi kompaktiškos struktūros, didelės galios ir gero stabilumo savybėmis. Jie plačiai naudojami pramoniniame perdirbime (pvz., Metalo pjaustymas ir suvirinimas), medicininis gydymas (lazerio chirurgija, grožis), komunikacija (kosmoso optinė komunikacija), karinė (lazerio orientavimas, nukreipti energijos ginklai) ir kitos sritys.

Sijos skirtumų kampas reiškia kampą, kuriame lazerio pluoštas platinant pamažu plečiasi. Jo dydis tiesiogiai atspindi pluošto kolimaciją ir energijos koncentraciją ir yra pagrindinis parametras lazerio pluošto kokybei išmatuoti (M² koeficientas). Mažesnis skirtumų kampas reiškia, kad lazeris gali išlaikyti didelį energijos tankį per ilgą atstumą, o tai yra labai svarbi scenoms, tokioms kaip tikslumo apdorojimas, nuotoliniai ryšiai ir ginklo efektyvumas. Priešingu atveju tai sukels energijos dispersiją ir sumažins efektyvumą. Todėl divergencijos kampo valdymas yra viena iš pagrindinių lazerio našumo optimizavimo problemų.

Pagrindiniai spindulių skirtumų principai
1. Fizinis pluošto skirtumo apibrėžimas
Sijos skirtumai (θ) yra parametras, matuojantis lazerio pluošto šoninio išsiplėtimo laipsnį sklidimo metu, paprastai išreikštą puse kampo (radianais ar millradians). Idealaus Gauso spindulio skirtumus lemia bangos ilgis (λ) ir pluošto spindulys (ω₀), o jo matematinė išraiška yra:

Ši formulė parodo, kad kuo trumpesnis bangos ilgis arba kuo didesnis sijos juosmens spindulys, tuo mažesnis skirtumų kampas ir tuo geresnis sijos kolimavimas.

2. Ryšys su pluošto kokybės faktoriumi (M²)
Faktinis lazerio spindulys nėra idealus Gauso spindulys, o jo skirtumų kampas padidės dėl tokių veiksnių kaip aukštos eilės režimai ir aberacijos. Sijos kokybės koeficientas (m²) naudojamas kiekybiškai įvertinti tikrojo spindulio nukrypimo laipsnį nuo idealios Gauso spindulio:

M²=1: idealus Gauso pluoštas (TEM₀₀ režimas), su minimaliais skirtumų kampu.

M²> 1: Yra aukštesnės eilės režimai arba aberacijos, mažėja sijos kokybė, o divergencijos kampas padidėja.

M² yra svarbus rodiklis lazerio veikimui įvertinti, o tai daro tiesioginę įtaką lazerio fokusavimo gebėjimui ir tolimojo lauko energijos pasiskirstymui.

Sijos skirtumo kampo svarba iki kietojo kūno lazerio veikimo
1. Tiesioginis ryšys tarp pluošto kokybės ir energijos tankio
Tolimojo lauko energijos koncentracija: kuo mažesnis skirtumų kampas, tuo lėtesnis lazerio spindulio energijos skilimas, kai jis skleidžia dideliais atstumais, ir tuo didesnis energijos tankis. Pvz., Pjovimo\/suvirinimo\/suvirinimo metu mažo divergencijos kampas gali pagerinti apdorojimo gylį ir efektyvumą bei sumažinti šilumos paveiktą zoną.
Aukštos pluošto kokybės (žemo m²) reikšmė: tikslus apdorojimas (pvz., Mikroelektroninis gręžimas, OLED pjaustymas) reikalauja ypač mažos sufokusuotos dėmės, o mažo divergencijos kampas (m²≈1) gali užtikrinti didelę energijos koncentraciją, pagerinti apdorojimo pagreitį ir kraštų kokybę.

2. Lemiamas perdavimo atstumo ir fokusavimo sugebėjimo vaidmuo
Ilgalaikio perdavimo praradimas: Lazerio radaro ar erdvės komunikacijos metu dėl didelio divergencijos kampo spindulys greitai išsisklaidys, sumažins signalo ir triukšmo santykį arba padidins energijos sąnaudas. Pavyzdžiui, palydovo lazerio ryšiui reikalingas ypač mažas skirtumų kampas (<0.1 mrad) to achieve long-distance stable transmission.

Fokusuotas taško dydis: Divergencijos kampas tiesiogiai veikia fokusuotos dėmės dydį (d∝θteriof, F yra židinio nuotolis), o tai savo ruožtu nustato apdorojimo skiriamąją gebą. Pvz., Puslaidininkių vaflių pjovimui reikalingi submikrono lygio dėmės, reikalaujančios, kad divergencijos kampą būtų griežtai kontroliuojamas.

3. Šiluminio efekto iššūkiai ir sistemos stabilumas
Šiluminio lęšio efektas apsunkinamas: per didelis divergencijos kampas sukels netolygų lazerio energijos pasiskirstymą, vietinį padidėjimo perkaitimą, terminio lęšio efektą, tolesnį pluošto kokybės pablogėjimą ir užburtą ciklą.

Ilgalaikis išėjimo stabilumas: šiluminis iškraipymas (pvz., ND: YAG strypai) dinamiškai pakeis divergencijos kampą, o norint išlaikyti stabilų išėjimą, reikia aktyvaus aušinimo ar adaptyvios optinės kompensacijos.

4. Diferencijuoti paraiškos scenarijų reikalavimai
Pramoninis pjaustymas\/suvirinimas: ypač mažas skirtumų kampas (<1 mrad) is required to achieve high power density (>10⁶ w\/cm²), kad būtų užtikrintas pjovimo greitis ir skerspjūvio kokybė.

Medicininiai lazeriai (tokie kaip oftalmologinė chirurgija, odos gydymas): Divergencijos kampas turi būti tiksliai kontroliuojamas (pvz., {0 5–2 MRAD eksimerio lazeriams), siekiant apriboti veikimo plotą ir išvengti žalos sveikiems audiniams.

Kariniai ginklai (pvz., Lazeriai nukreipti energijos ginklai): Divergencijos kampas tiesiogiai veikia tikslinio paviršiaus energijos tankį ir jį reikia suspausti iki žemiau 0. 05 MRAD, kad būtų pasiekta veiksminga žala kilometro lygyje.

Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką pluošto nukrypimo kampui
1. Rezonansinės ertmės dizaino optimizavimas
Rezonansinės ertmės struktūrinis konstrukcija tiesiogiai veikia lazerio režimo charakteristikas ir taip nustato pluošto divergencijos kampą.

2. Šiluminis darbinių medžiagų valdymas
Šiluminis efektas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis pluošto kokybės skaidymą ir tiesiogiai veikia divergencijos kampą.

3. Pumpavimo metodas ir sijos formavimas
Skirtingos siurbimo schemos ir pluošto apdorojimo technologijos daro didelę įtaką išvesties pluošto charakteristikoms.
 

Spindulio divergencijos kampo optimizavimo ir valdymo metodai
1. Rezonansinių ertmės parametrų optimizavimas
(1) ertmės ilgio ir atšvaito kreivumo atitikimas

Trumpas ertmės dizainas: Ertomo ilgio sumažinimas gali sumažinti aukštos eilės režimo virpesių tikimybę, tačiau reikia subalansuoti galios išėjimo reikalavimus.

Atšvaitų kreivumo optimizavimas: naudokite konfokalinę ertmę (r 1= r 2= l) arba beveik konfokalinį dizainą, kad padidintumėte pagrindinį režimo selektyvumą.

Dinaminė derinimo technologija: naudokite pjezoelektrinę keramiką, kad sureguliuotumėte ertmės veidrodžio padėtį ir kompensuotumėte termiškai sukeltus ertmės ilgio pokyčius realiuoju laiku.

(2) Įdėkite diafragmos diafragmas, kad slopintumėte aukštos eilės režimus

Kietos diafragmos: nustatykite mažą skylės diafragmą ertmėje, kad fiziškai blokuotumėte aukštos eilės režimus, tačiau jis sukels difrakcijos nuostolius.

Minkštos diafragmos: naudokite netiestą plotą, esantį stiprinimo terpės krašte kaip natūralią diafragmą, kad sumažintumėte papildomus nuostolius.

Kintama diafragmos sistema: dinamiškai sureguliuokite diafragmos dydį pagal galios reikalavimus, kad būtų subalansuota pluošto kokybė ir efektyvumas.

2. Šiluminio efekto slopinimo technologija
(1) Aktyvus aušinimo ir pasyvaus šilumos kriauklės dizainas

Mikrokanalų aušinimas: integruokite mikrokanalus aplink stiprinimo terpę, kad pasiektumėte efektyvų šilumos mainus (tinkamus kilovatų klasės lazeriams).

Fazių keitimo aušinimas: naudokite garinamąjį aušinimo arba šilumos vamzdžių technologiją, tinkančią kompaktiškoms sistemoms.

Šilumos kriauklės medžiagos optimizavimas: Norėdami pagerinti šilumos išsklaidymo efektyvumą, naudokite deimantus arba aukštą šilumos laidumo kompozicines medžiagas (pvz., Alsic).

(2) termiškai nejautrios kristalų medžiagos

ND: YVO₄: turi mažesnį šiluminio objektyvo efektą nei ND: YAG, tačiau siauresnis padidėjimo pralaidumas.

YB: CALGO: Plataus emisijos pralaidumas ir didelis šilumos laidumas, tinkamas ultrafast lazerinėms sistemoms.

Dopingo koncentracijos gradiento dizainas: sumažinkite bangos fronto iškraipymą, kurį sukelia šiluminis įtempis, atliekant gradiento dopingą.

3. Adaptyviosios optikos technologija
(1) realaus laiko bangos fronto korekcija

Deformuojamas veidrodis: dinamiškai sureguliuokite veidrodžio formą per pjezoelektrines pavaras, kad kompensuotumėte žemos eilės aberacijas (tokias kaip defokus ir astigmatizmas).

Skystųjų kristalų erdvinio šviesos moduliatorius (LC-SLM): programuojama aukštos eilės aberacijų pataisa su šimtų valdymo vienetų skiriamąja geba.

„Shack-Hartmann“ jutiklio uždaros ciklo sistema: realiojo laiko bangos fronto iškraipymo ir grįžtamojo ryšio valdymo nustatymas, kad būtų pasiektas λ\/10 lygio pataisos tikslumas.

(2) intelektualus valdymo algoritmas

PID valdymas: stabilus reguliavimas lėtai keičiant šilumines aberacijas.

Mašinų mokymosi prognozė: Išmokykite modelį pagal istorinius duomenis, kad iš anksto kompensuotumėte žinomus šiluminių iškraipymų modelius.

4. Išorinė kolimacijos sistemos dizainas
(1) Sijos išplėtimo objektyvo grupės optimizavimas

Galilėjos pluošto išplėtimas: kompaktiška struktūra, tinkanti vidutinio ir mažo galios lazeriams (tokiems kaip 5-10 laiko pluošto išplėtimas).

„Kepler“ spindulio išplėtimas: erdvinį filtrą galima įterpti, tinkamas didelei galios sistemai, tačiau fokusavimo metu reikia atkreipti dėmesį į galios tankį.

Asperinio lęšio pritaikymas: pašalinkite sferinę aberaciją ir pagerinkite tolimą pluošto lauko kokybę po pluošto išsiplėtimo.

(2) pluošto jungties išėjimo valdymas

Multimode pluošto režimo valymas: slopinkite aukštos eilės režimus, naudodamiesi lenkimo filtravimo ar ilgo pluošto perdavimu.

Fotoninis kristalų pluoštas: Norėdami sumažinti netiesinį efektą ir palaikyti vieno režimo perdavimo charakteristikas, naudokite tuščiavidurę šerdies struktūrą.

Pluošto galo veido apdorojimas: optimizuokite kūgio poliravimą (8 laipsnio -10 laipsnis), kad sumažintumėte grąžinimo šviesos trukdžius.

Apibendrinant galima pasakyti, kad pluošto skirtumų kampas, kaip pagrindinis kietojo kūno lazerių efektyvumo įvertinimo rodiklis, tiesiogiai nustato tolimojo lauko energijos tankį, perdavimo efektyvumą ir lazerio fokusavimo galimybes. Through multi-dimensional coordinated optimization of resonant cavity design optimization, thermal effect suppression, adaptive optical correction and external collimation system, the divergence angle can be significantly reduced (close to the diffraction limit), thereby improving the processing accuracy, communication distance and energy utilization of the laser, and greatly expanding its application in high-end fields such as precision manufacturing, space communications, medical cosmetology and Nacionalinė gynyba. Ateityje, įvykdžius intelektualiųjų valdymo algoritmų ir naujų šiluminio valdymo medžiagų proveržį, tiksli pluošto divergencijos kampo kontrolė taps pagrindine kryptis, skatinanti kietojo kūno lazerių technologines naujoves.

„JtbyShield Laser Technology Co., Ltd“yra profesionalus pagrindinių lazerinės įrangos komponentų gamintojas, skirtas suteikti didelio tikslumo, didelio patikimumo lazerinių optinių komponentų ir posistemių sprendimų, skirtų pasauliniam pramoniniam lazeriui, medicininiam grožiui, moksliniams tyrimams ir nacionalinėms gynybos sritims.
 

Kontaktinė informacija:

Jei turite idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, mes laikysimės savo tikslo suteikti klientams aukštos kokybės, žemas kainas ir geriausią paslaugą.