लेज़र डायोड बार का विचलन कोण: व्यापक बीम से लेकर उच्च दक्षता वाले अनुप्रयोगों तक

जैसे-जैसे उच्च-शक्ति लेज़र अनुप्रयोगों का विस्तार होता जा रहा है, लेज़र डायोड बार लेज़र पंपिंग, औद्योगिक प्रसंस्करण, चिकित्सा उपकरण और वैज्ञानिक अनुसंधान जैसे क्षेत्रों में अपरिहार्य होते जा रहे हैं। अपने उत्कृष्ट शक्ति घनत्व, मॉड्यूलर मापनीयता और उच्च इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल दक्षता के साथ, ये उपकरण कई आधुनिक लेज़र प्रणालियों के मूल में हैं। फिर भी, लेज़र डायोड बार के कई प्रदर्शन संकेतकों में से एक पैरामीटर अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है, लेकिन यह अत्यंत महत्वपूर्ण है: विचलन कोण। यह लेख लेज़र डायोड बार में विचलन कोण की विशेषताओं, भौतिक उत्पत्ति और निहितार्थों का पता लगाता है—और यह भी कि ऑप्टिकल डिज़ाइन इसे कैसे प्रभावी ढंग से प्रबंधित कर सकता है।

1. विचलन कोण क्या है?

अपसरण कोण यह बताता है कि मुक्त स्थान में संचरित होने पर लेज़र किरण किस प्रकार फैलती है। यह दर्शाता है कि किरण उत्सर्जन फलक से किस सीमा तक फैलती है। लेज़र डायोड बार में, अपसरण कोण दो प्रमुख दिशाओं में प्रबल असममिति प्रदर्शित करता है:

द्रुत अक्ष: बार सतह के लंबवत। उत्सर्जन क्षेत्र अत्यंत संकीर्ण (आमतौर पर 1-2 µm) होता है, जिससे बड़े विचलन कोण बनते हैं, जो अक्सर 30°-45° या उससे भी अधिक होते हैं।

मंद अक्ष: बार की लंबाई के समानांतर। उत्सर्जन क्षेत्र बहुत चौड़ा (सैकड़ों माइक्रोन) होता है, जिसके परिणामस्वरूप विचलन कोण छोटे होते हैं, आमतौर पर लगभग 5°–15°।

यह असममित विचलन लेजर डायोड बार से जुड़े सिस्टम एकीकरण के लिए एक प्रमुख डिजाइन चुनौती है।

2. विचलन की भौतिक उत्पत्ति

विचलन कोण मुख्य रूप से वेवगाइड संरचना और उत्सर्जन पहलू आकार द्वारा निर्धारित होता है:

तीव्र अक्ष में, उत्सर्जन क्षेत्र अत्यंत छोटा होता है। विवर्तन सिद्धांत के अनुसार, छोटे द्वारक बड़े विचलन का कारण बनते हैं।

धीमी अक्ष में, किरण कई उत्सर्जकों के पार बार की लंबाई के साथ फैलती है, जिसके परिणामस्वरूप विचलन कोण छोटा हो जाता है।

परिणामस्वरूप, लेजर डायोड बार स्वाभाविक रूप से तीव्र अक्ष में उच्च विचलन और धीमी अक्ष में कम विचलन प्रदर्शित करते हैं।

3. विचलन कोण सिस्टम डिज़ाइन को कैसे प्रभावित करता है

① कोलिमेशन और बीम शेपिंग की उच्च लागत

कच्ची किरण की उच्च विषमता के कारण, FAC (तीव्र अक्ष समांतरता) और SAC (धीमी अक्ष समांतरता) प्रकाशिकी का उपयोग करना आवश्यक है। इससे प्रणाली की जटिलता बढ़ जाती है और उच्च स्थापना परिशुद्धता और तापीय स्थिरता की आवश्यकता होती है।

② सीमित फाइबर युग्मन दक्षता

लेज़र बार को मल्टीमोड फ़ाइबर, ऑप्टिकल सिस्टम या एस्फ़ेरिक लेंस में युग्मित करते समय, बड़ा फ़ास्ट-एक्सिस डाइवर्जेंस बीम "स्पिलओवर" की ओर ले जा सकता है, जिससे युग्मन दक्षता कम हो जाती है। डाइवर्जेंस ऑप्टिकल क्षति का एक प्रमुख स्रोत है।

③ मॉड्यूल स्टैकिंग में बीम गुणवत्ता

बहु-बार स्टैक्ड मॉड्यूल में, खराब नियंत्रित विचलन असमान बीम ओवरलैप या दूर-क्षेत्र विरूपण का कारण बन सकता है, जिससे फोकसिंग परिशुद्धता और थर्मल वितरण प्रभावित होता है।

4. लेज़र डायोड बार में विचलन को कैसे नियंत्रित और अनुकूलित करें

यद्यपि विचलन को मुख्यतः उपकरण संरचना द्वारा परिभाषित किया जाता है, फिर भी अनुकूलन के लिए कई सिस्टम-स्तरीय रणनीतियों का उपयोग किया जा सकता है:

1एफएसी लेंस का उपयोग

उत्सर्जक पहलू के करीब एक द्रुत-अक्षीय समांतर लेंस रखने से किरण संपीडित होती है और द्रुत अक्ष में विचलन कम हो जाता है - यह अधिकांश डिजाइनों में आवश्यक है।

2अतिरिक्त आकार देने के लिए SAC लेंस

यद्यपि धीमी अक्ष विचलन छोटा है, फिर भी एकसमान आउटपुट प्राप्त करने के लिए सरणियों या लाइन-प्रकाश स्रोतों में आकार देने की आवश्यकता होती है।

2बीम संयोजन और ऑप्टिकल आकार देने का डिज़ाइन

माइक्रो-लेंस एरे, बेलनाकार लेंस या संरचित प्रकाशिकी का उपयोग करके एकाधिक लेजर किरणों को उच्च चमक, एकसमान आउटपुट में आकार देने में मदद मिल सकती है।

2डिवाइस-स्तरीय वेवगाइड अनुकूलन

सक्रिय परत की मोटाई, वेवगाइड डिजाइन और ग्रेटिंग संरचनाओं को समायोजित करने से चिप स्तर से तीव्र-अक्ष विचलन को और अधिक परिष्कृत किया जा सकता है।

5. वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में विचलन नियंत्रण

1लेजर पंप स्रोत

उच्च-शक्ति सॉलिड-स्टेट या फाइबर लेज़र प्रणालियों में, लेज़र डायोड बार पंप स्रोत के रूप में काम करते हैं। विचलन को नियंत्रित करने से—विशेष रूप से तीव्र अक्ष में—युग्मन दक्षता और किरण फ़ोकसिंग में सुधार होता है।

2चिकित्सा उपकरण

लेजर थेरेपी और बाल हटाने जैसी प्रणालियों के लिए, विचलन का प्रबंधन अधिक समान ऊर्जा वितरण और सुरक्षित, अधिक प्रभावी उपचार सुनिश्चित करता है।

2औद्योगिक सामग्री प्रसंस्करण

लेजर वेल्डिंग और कटिंग में, अनुकूलित विचलन उच्च शक्ति घनत्व, बेहतर फोकस और अधिक सटीक, कुशल प्रसंस्करण में योगदान देता है।

6. निष्कर्ष

लेजर डायोड बार का विचलन कोण एक महत्वपूर्ण संक्रमण बिंदु है - सूक्ष्म-स्तरीय चिप भौतिकी से लेकर वृहद-स्तरीय ऑप्टिकल प्रणालियों तक।
यह किरण गुणवत्ता सूचक और एकीकरण के लिए डिज़ाइन सीमा, दोनों का काम करता है। जैसे-जैसे अनुप्रयोग की माँग और प्रणाली की जटिलता बढ़ती जा रही है, विचलन को समझना और नियंत्रित करना लेज़र निर्माताओं और इंटीग्रेटर्स, दोनों के लिए एक प्रमुख योग्यता बनता जा रहा है—खासकर उच्च शक्ति, चमक और विश्वसनीयता की ओर बढ़ने के लिए।