Cieta stāvokļa lāzeriir ierīces, kurās tiek izmantoti cietvielu pastiprināšanas līdzekļi (piemēram, kristāli vai brilles, piemēram, ND: YAG un YB: YAG), kā arī to ģenerē lielas enerģijas lāzeri, izmantojot optisko sūknēšanu. Viņiem ir kompaktas struktūras, lielas jaudas un labas stabilitātes īpašības. Tos plaši izmanto rūpnieciskajā pārstrādē (piemēram, metāla griešanā un metināšanā), ārstnieciskai ārstēšanai (lāzera ķirurģijai, skaistumam), komunikācijai (kosmosa optiskajai komunikācijai), militāro (lāzera norādījumi, virzīti enerģijas ieroči) un citus laukus.
Sijas novirzes leņķis attiecas uz leņķi, kurā izplatīšanās laikā lāzera stars pakāpeniski izplešas. Tā lielums tieši atspoguļo staru kūļa kolimāciju un enerģijas koncentrāciju, un tas ir galvenais parametrs lāzera staru kvalitātes mērīšanai (m² koeficients). Mazāks novirzes leņķis nozīmē, ka lāzers var saglabāt lielu enerģijas blīvumu lielā attālumā, kas ir būtisks tādās ainās kā precīzas apstrāde, attāla komunikācija un ieroču efektivitāte. Pretējā gadījumā tas izraisīs enerģijas izkliedi un samazinātu efektivitāti. Tāpēc atšķirības leņķa kontrole ir viens no galvenajiem jautājumiem lāzera veiktspējas optimizēšanai.
Staru atšķirības pamatprincipi
1. Siju atšķirības fiziskā definīcija
Sijas atšķirība (θ) ir parametrs, kas mēra lāzera staru kūļa sānu izplešanās pakāpi izplatīšanās laikā, parasti izteikta puslokā (radiānos vai miliradiešos). Ideāla Gausa stara atšķirību nosaka ar viļņa garumu (λ) un staru kūļa staru vidukļa rādiusu (ω₀), un tā matemātiskā izteiksme ir:
Šī formula parāda, ka, jo īsāks viļņa garums vai lielāks ir staru vidukļa rādiuss, jo mazāks ir novirzes leņķis un jo labāka staru kolimācija.
2. Saistība ar staru kūļa kvalitātes koeficientu (m²)
Faktiskais lāzera stars nav ideāls Gausa stars, un tā novirzes leņķis palielināsies tādu faktoru kā augstas kārtas režīmu un novirzes dēļ. Sijas kvalitātes koeficients (M²) tiek izmantots, lai kvantitatīvi noteiktu faktiskā staru novirzes pakāpi no ideālā Gausa stara:
M²=1: Ideāls Gausa stars (tem₀₀ režīms) ar minimālo novirzes leņķi.
M²> 1: ir augstākas kārtas režīmi vai novirzes, staru kūļa kvalitāte samazinās un palielinās novirzes leņķis.
M² ir svarīgs rādītājs lāzera veiktspējas novērtēšanai, kas tieši ietekmē fokusēšanas spēju un lāzera tālā lauka enerģijas sadalījumu.
Staru novirzes leņķa nozīme līdz cieta stāvokļa lāzera veiktspējai
1. Tieša korelācija starp staru kūļa kvalitāti un enerģijas blīvumu
Tālā lauka enerģijas koncentrācija: jo mazāks ir novirzes leņķis, jo lēnāka lāzera stara enerģijas samazināšanās, kad tā izplatās lielos attālumos, un jo lielāks enerģijas blīvums. Piemēram, lāzera griešanā\/metināšanā zems novirzes leņķis var uzlabot apstrādes dziļumu un efektivitāti un samazināt siltuma ietekmēto zonu.
Augstas staru kūļa kvalitātes (zema m²) nozīme: precizitātes apstrādei (piemēram, mikroelektroniskai urbšanai, OLED griešanai) ir nepieciešama ārkārtīgi maza fokusēta vieta un zems atšķirības leņķis (M²≈1) var nodrošināt augstu enerģijas koncentrāciju, uzlabot apstrādes precizitāti un malu kvalitāti.
2. Pārraides attāluma un fokusēšanas spēju izšķirošā loma
Tālsatiksmes pārraides zudums: lāzera radara vai kosmosa komunikācijā liels atšķirības leņķis izraisīs staru kūļa strauji izkliedi, samazina signāla un trokšņa attiecību vai palielinātu enerģijas patēriņu. Piemēram, satelīta lāzera komunikācijai ir nepieciešams ārkārtīgi zems novirzes leņķis (<0.1 mrad) to achieve long-distance stable transmission.
Fokusēts vietas lielums: novirzes leņķis tieši ietekmē fokusētā plankuma lielumu (d∝θ⋅f, f ir fokusa attālums), kas savukārt nosaka apstrādes izšķirtspēju. Piemēram, pusvadītāju vafeļu griešanai ir nepieciešami submikrona līmeņa punkti, lai atšķirības leņķis būtu stingri kontrolējams.
3. Siltuma efekta un sistēmas stabilitātes izaicinājumi
Termiskā objektīva efekts ir saasināts: pārmērīga atšķirības leņķis izraisīs nevienmērīgu lāzera enerģijas sadalījumu, vietēju pastiprināšanas barotnes pārkaršanu, termiskā objektīva efektu, staru kvalitātes turpmāku pasliktināšanos un apburto ciklu.
Ilgtermiņa izejas stabilitāte: termiski kropļojumi (piemēram, ND: YAG stieņu termiski izraisīta divkāršība) dinamiski mainīs novirzes leņķi, un, lai saglabātu stabilu izvadi, nepieciešama aktīva dzesēšana vai adaptīva optiskā kompensācija.
4. Diferencētas lietojumprogrammu scenāriju prasības
Rūpnieciskā griešana\/metināšana: ārkārtīgi zems atšķirības leņķis (<1 mrad) is required to achieve high power density (>10⁶ w\/cm²), lai nodrošinātu griešanas ātrumu un šķērsgriezuma kvalitāti.
Medicīniskie lāzeri (piemēram, oftalmoloģiskā ķirurģija, ādas ārstēšana): atšķirības leņķis ir precīzi jākontrolē (piemēram, 0. 5–2 MRAD eksimēra lāzeriem), lai ierobežotu darbības zonu un izvairītos no veselīgu audu sabojāšanas.
Militārie ieroči (piemēram, lāzera vērsti enerģijas ieroči): novirzes leņķis tieši ietekmē mērķa virsmas enerģijas blīvumu, un tie ir jāsaspiež zemāk 0. 05 MRAD, lai panāktu efektīvus bojājumus kilometra līmenī.
Galvenie faktori, kas ietekmē staru novirzes leņķi
1. Resonējoša dobuma dizaina optimizācija
Rezonējošā dobuma strukturālais dizains tieši ietekmē lāzera režīma īpašības un tādējādi nosaka staru novirzes leņķi.
2. Darba materiālu termiskā pārvaldība
Termiskais efekts ir galvenais faktors, kas izraisa staru kvalitātes sadalīšanos un tieši ietekmē novirzes leņķi.
3. Sūknēšanas metode un staru veidošana
Dažādas sūknēšanas shēmas un staru apstrādes tehnoloģijas ievērojami ietekmē izejas staru raksturlielumus.
Staru novirzes leņķa optimizācijas un kontroles metodes
1. Resonējoša dobuma parametru optimizācija
(1) dobuma garuma un reflektora izliekuma saskaņošana
Īss dobuma dizains: dobuma garuma samazināšana var samazināt augstas kārtas režīma svārstību varbūtību, taču ir nepieciešams līdzsvarot jaudas izejas prasības.
Reflektora izliekuma optimizācija: izmantojiet konfokālo dobumu (r 1= r 2= l) vai gandrīz nekonfokālu dizainu, lai uzlabotu fundamentālā režīma selektivitāti.
Dinamiskā noregulēšanas tehnoloģija: izmantojiet pjezoelektrisko keramiku, lai pielāgotu dobuma spoguļa stāvokli un kompensētu termiski izraisītas dobuma garuma izmaiņas reālā laikā.
(2) Ievietojiet diafragmas diafragmas, lai nomāktu augstas pakāpes režīmus
Cietās diafragmas: Iestatiet nelielu dobumā cauruma diafragmu, lai fiziski bloķētu augstas kārtas režīmus, taču tas radīs difrakcijas zudumus.
Mīkstās diafragmas: Izmantojiet pumpēto zonu pastiprinājuma barotnes malā kā dabisku diafragmu, lai samazinātu papildu zaudējumus.
Mainīga diafragmas sistēma: dinamiski pielāgojiet diafragmas lielumu atbilstoši jaudas prasībām, lai līdzsvarotu staru kūļa kvalitāti un efektivitāti.
2. Siltuma efektu nomākuma tehnoloģija
(1) Aktīva dzesēšanas un pasīvā siltuma izlietnes dizains
Mikrokanālu dzesēšana: integrējiet mikrokanālus ap pastiprināšanas barotni, lai panāktu efektīvu siltuma apmaiņu (piemērota kilovatklases lāzeriem).
Fāzes maiņas dzesēšana: izmantojiet iztvaikošanas dzesēšanas vai siltuma cauruļu tehnoloģiju, kas piemērota kompaktām sistēmām.
Siltuma izlietnes materiāla optimizācija: izmantojiet dimantu vai augstas siltumvadītspējas kompozītmateriālus (piemēram, ALSIC), lai uzlabotu siltuma izkliedes efektivitāti.
(2) termiski nejūtīgi kristāla materiāli
ND: yvo₄: tai ir zemāks termiskā objektīva efekts nekā ND: YAG, bet šaurāks palielināšanas joslas platums.
YB: Kalgo: plaša emisijas joslas platums un augsta siltumvadītspēja, kas piemērota īpaši ātri lāzera sistēmām.
Dopinga koncentrācijas gradienta konstrukcija: samaziniet viļņu frontes kropļojumus, ko izraisa termiskais spriegums, izmantojot gradienta dopingu.
3. Adaptīvās optikas tehnoloģija
(1) reālā laika viļņu frontes korekcija
Deformējams spogulis: dinamiski pielāgojiet spoguļa formu caur pjezoelektriskiem izpildmehānismiem, lai kompensētu zemas kārtas aberācijas (piemēram, defocusu un astigmatismu).
Šķidrā kristāla telpiskā gaismas modulators (LC-SLM): augstas pakāpes aberāciju programmējama korekcija ar simtiem vadības vienību izšķirtspēju.
Shack-Hartmann sensora slēgtās cilpas sistēma: viļņu frontes kropļojumu un atgriezeniskās saites kontroles noteikšana reāllaikā, lai sasniegtu λ\/10 līmeņa korekcijas precizitāti.
(2) inteliģents vadības algoritms
PID kontrole: stabila pielāgošana lēnām mainīgām termiskajām aberācijām.
Mašīnmācības prognozēšana: apmāciet modeli, izmantojot vēsturiskos datus, lai iepriekš kompensētu zināmos termisko kropļojumu modeļus.
4. Ārējās kolimācijas sistēmas dizains
(1) Sijas paplašināšanas objektīvu grupas optimizācija
Galilean staru izplešanās: kompakta struktūra, piemērota vidējas un maza jaudas lāzeriem (piemēram, 5-10 reizes staru izplešanās).
Keplera staru izplešanās: telpisko filtru var ievietot, piemērotai augstas enerģijas sistēmai, bet uzmanība jāpievērš jaudas blīvumam uzmanības centrā.
Asfēras objektīva pielietojums: izslēdziet sfērisko aberāciju un uzlabojiet staru tālā lauka kvalitāti pēc staru izplešanās.
(2) šķiedru savienojuma izejas kontrole
Daudzmodu šķiedru režīma attīrīšana: nomāc augstas kārtas režīmus, liekot filtrēšanu vai garu šķiedru pārnesumkārbu.
Fotoniskā kristāla šķiedra: izmantojiet dobu serdes struktūru, lai samazinātu nelineāro efektu un uzturētu viena režīma pārraides īpašības.
Šķiedru gala sejas apstrāde: optimizējiet slīpuma pulēšanu (8 grādu -10 grāds), lai samazinātu atgriešanās gaismas traucējumus.
Rezumējot, staru kūļa novirzes leņķis kā galvenais indikators cietvielu lāzeru veiktspējas novērtēšanai tieši nosaka lāzera tālā enerģijas blīvumu, pārraides efektivitāti un fokusēšanas spēju. Izmantojot daudzdimensiju koordinētu rezonanses dobuma projektēšanas optimizācijas, termiskās efekta nomākšanas, adaptīvās optiskās korekcijas un ārējās kolimācijas sistēmas optimizāciju, atšķirības leņķi var ievērojami samazināt (tuvu difrakcijas robežai), tādējādi uzlabojot apstrādes precizitāti, komunikācijas attālumu un enerģijas izmantošanu lāzera ražošanā, ievērojami komunikācijā, kas ir komunikācija. Nākotnē ar viedo kontroles algoritmu un jaunu termiskās pārvaldības materiālu izrāvienu, precīza staru atšķirības leņķa kontrole kļūs par galveno virzienu, lai veicinātu cietvielu lāzeru tehnoloģisko inovāciju.
JTByshield Laser Technology Co., Ltdir profesionāls lāzera aprīkojuma galveno komponentu ražotājs, kas paredzēts, lai nodrošinātu augstas precizitātes, augstas uzticamības lāzera optisko komponentu un apakšsistēmas risinājumus globālajiem rūpnieciskajiem lāzera, medicīniskās skaistuma, zinātniskās izpētes un nacionālās aizsardzības jomām.
Kontaktinformācija:
Ja jums ir kādas idejas, droši runājiet ar mums. Neatkarīgi no tā, kur atrodas mūsu klienti un kādas ir mūsu prasības, mēs sekosim savam mērķim, lai klientiem nodrošinātu augstas kvalitātes, zemas cenas un vislabāko pakalpojumu.
E -pasts: info@loshield.com
Tālr.: 0086-18092277517
Fakss: 86-29-81323155
Wechat: 0086-18092277517
