उच्च-शक्तीच्या लेझर अनुप्रयोगांचा विस्तार होत असल्यामुळे, लेझर पंपिंग, औद्योगिक प्रक्रिया, वैद्यकीय उपकरणे आणि वैज्ञानिक संशोधन यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये लेझर डायोड बार अपरिहार्य बनले आहेत. त्यांच्या उत्कृष्ट पॉवर डेन्सिटी, मॉड्यूलर स्केलेबिलिटी आणि उच्च इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल कार्यक्षमतेमुळे, ही उपकरणे अनेक आधुनिक लेझर प्रणालींच्या केंद्रस्थानी आहेत. तरीही, लेझर डायोड बारच्या अनेक कार्यप्रदर्शन निर्देशकांपैकी, एका पॅरामीटरकडे अनेकदा दुर्लक्ष केले जाते, परंतु तो अत्यंत महत्त्वाचा आहे: डायव्हर्जन्स अँगल. हा लेख लेझर डायोड बारमधील डायव्हर्जन्स अँगलची वैशिष्ट्ये, भौतिक मूळ आणि त्याचे परिणाम—आणि ऑप्टिकल डिझाइनद्वारे त्याचे प्रभावीपणे व्यवस्थापन कसे करता येईल—याचा शोध घेतो.
१. अपसरण कोन म्हणजे काय?
अपसरण कोन हे वर्णन करतो की लेझर किरण मोकळ्या जागेत पसरताना कसा पसरतो. तो उत्सर्जन बिंदूपासून किरण किती प्रमाणात विस्तारतो हे दर्शवतो. लेझर डायोड बारमध्ये, अपसरण कोन दोन मुख्य दिशांमध्ये तीव्र विषमता दर्शवतो:
वेगवान अक्ष: बारच्या पृष्ठभागाला लंब. उत्सर्जन क्षेत्र अत्यंत अरुंद असते (साधारणपणे १-२ µm), ज्यामुळे मोठे अपसरण कोन निर्माण होतात, जे अनेकदा ३०°-४५° किंवा त्याहून अधिक असतात.
मंद अक्ष: पट्टीच्या लांबीला समांतर. उत्सर्जन क्षेत्र खूपच विस्तृत (शेकडो मायक्रॉन) असते, ज्यामुळे अपसरण कोन लहान होतात, साधारणपणे ५°–१५° च्या आसपास.
लेझर डायोड बारचा समावेश असलेल्या सिस्टम इंटिग्रेशनसाठी हे असममित विचलन एक मोठे डिझाइन आव्हान आहे.
२. अपसरणाचे भौतिक उगमस्थान
अपसरण कोन प्रामुख्याने वेव्हगाईडची रचना आणि उत्सर्जन फलकाच्या आकारावर अवलंबून असतो:
वेगवान अक्षावर, उत्सर्जन क्षेत्र अत्यंत लहान असते. विवर्तन सिद्धांतानुसार, लहान छिद्रांमुळे जास्त अपसरण होते.
मंद अक्षामध्ये, शलाका दांड्याच्या लांबीभर अनेक उत्सर्जकांमधून विस्तारते, परिणामी अपसरण कोन लहान होतो.
परिणामी, लेझर डायोड बारमध्ये स्वाभाविकपणे वेगवान अक्षामध्ये उच्च अपसरण आणि मंद अक्षामध्ये कमी अपसरण दिसून येते.
३. डायव्हर्जन्स अँगल सिस्टम डिझाइनवर कसा परिणाम करतो
① कॉलिमेशन आणि बीम शेपिंगचा उच्च खर्च
मूळ शलाकेच्या (raw beam) उच्च असममितीमुळे, एफएसी (FAC - Fast Axis Collimation) आणि एसएसी (SAC - Slow Axis Collimation) ऑप्टिक्स वापरणे आवश्यक ठरते. यामुळे प्रणालीची गुंतागुंत वाढते आणि स्थापनेत उच्च अचूकता व औष्णिक स्थिरतेची मागणी होते.
② मर्यादित फायबर कपलिंग कार्यक्षमता
जेव्हा लेझर बार्सना मल्टीमोड फायबर्स, ऑप्टिकल सिस्टीम्स किंवा अस्पेरिकल लेन्समध्ये जोडले जाते, तेव्हा मोठ्या फास्ट-अॅक्सिस डायव्हर्जन्समुळे बीम 'स्पिलओव्हर' होऊ शकतो, ज्यामुळे कपलिंगची कार्यक्षमता कमी होते. डायव्हर्जन्स हा ऑप्टिकल हानीचा एक प्रमुख स्रोत आहे.
3 मॉड्यूल स्टॅकिंगमधील बीमची गुणवत्ता
मल्टी-बार स्टॅक्ड मॉड्यूल्समध्ये, अयोग्यरित्या नियंत्रित डायव्हर्जन्समुळे असमान बीम ओव्हरलॅप किंवा फार-फिल्ड डिस्टॉर्शन होऊ शकते, ज्यामुळे फोकसिंगची अचूकता आणि थर्मल वितरणावर परिणाम होतो.
४. लेझर डायोड बारमधील डायव्हर्जन्सवर नियंत्रण कसे मिळवावे आणि ते कसे अनुकूलित करावे
जरी विचलन मुख्यत्वे उपकरणाच्या संरचनेवर अवलंबून असले तरी, इष्टतमीकरणासाठी अनेक प्रणाली-स्तरीय धोरणे वापरली जाऊ शकतात:
①एफएसी लेन्सचा वापर
उत्सर्जक पृष्ठभागाजवळ फास्ट-अॅक्सिस कॉलिमेशन लेन्स ठेवल्याने शलाका संकुचित होते आणि फास्ट अॅक्सिसमधील अपसरण कमी होते—हे बहुतेक डिझाइनमध्ये आवश्यक असते.
२अतिरिक्त आकार देण्यासाठी एसएसी लेन्स
जरी स्लो-अॅक्सिस डायव्हर्जन्स कमी असला तरी, अॅरे किंवा लाइन-लाइट सोर्समध्ये एकसमान आउटपुट मिळवण्यासाठी शेपिंगची आवश्यकता असते.
③बीम कंबाइनिंग आणि ऑप्टिकल शेपिंग डिझाइन
मायक्रो-लेन्स अॅरे, दंडगोलाकार लेन्स किंवा संरचित ऑप्टिक्सचा वापर करून अनेक लेझर किरणांना उच्च-तेजस्वी, एकसमान आउटपुटमध्ये आकार देण्यास मदत होऊ शकते.
२डिव्हाइस-स्तरीय वेव्हगाइड ऑप्टिमायझेशन
सक्रिय थराची जाडी, वेव्हगाईड डिझाइन आणि ग्रेटिंग संरचना समायोजित करून चिप स्तरावरून फास्ट-अॅक्सिस डायव्हर्जन्स आणखी सुधारता येतो.
५. वास्तविक उपयोगांमध्ये विचलन नियंत्रण
①लेझर पंप स्रोत
उच्च-शक्तीच्या सॉलिड-स्टेट किंवा फायबर लेझर प्रणालींमध्ये, लेझर डायोड बार पंप स्रोत म्हणून काम करतात. डायव्हर्जन्स नियंत्रित केल्याने—विशेषतः फास्ट ॲक्सिसमध्ये—कपलिंग कार्यक्षमता आणि बीम फोकसिंग सुधारते.
२वैद्यकीय उपकरणे
लेझर थेरपी आणि केस काढण्यासारख्या प्रणालींमध्ये, ऊर्जेच्या विचलनाचे व्यवस्थापन केल्याने ऊर्जेचा पुरवठा अधिक एकसमान होतो आणि उपचार अधिक सुरक्षित व प्रभावी ठरतात.
③औद्योगिक सामग्री प्रक्रिया
लेझर वेल्डिंग आणि कटिंगमध्ये, अनुकूलित डायव्हर्जन्समुळे उच्च पॉवर डेन्सिटी, उत्तम फोकस आणि अधिक अचूक व कार्यक्षम प्रक्रियेस हातभार लागतो.
६. निष्कर्ष
लेझर डायोड बारचा अपसरण कोन हा सूक्ष्म-स्तरीय चिप भौतिकशास्त्रापासून ते स्थूल-स्तरीय ऑप्टिकल प्रणालींपर्यंतचा एक महत्त्वाचा संक्रमण बिंदू आहे.
हे बीमच्या गुणवत्तेचे सूचक आणि एकीकरणासाठीची डिझाइन मर्यादा, या दोन्हीची भूमिका बजावते. जसजशा ॲप्लिकेशनच्या गरजा आणि सिस्टीमची गुंतागुंत वाढत जाते, तसतसे डायव्हर्जन्स समजून घेणे आणि त्यावर नियंत्रण ठेवणे हे लेझर उत्पादक आणि इंटिग्रेटर्स या दोघांसाठीही एक मुख्य कौशल्य बनते—विशेषतः उच्च शक्ती, तेजस्विता आणि विश्वासार्हतेच्या दिशेने प्रगती करण्यासाठी.
पोस्ट करण्याची वेळ: जुलै-१४-२०२५
