Seiring terus berkembangnya aplikasi laser berdaya tinggi, batang dioda laser menjadi sangat penting di berbagai bidang seperti pemompaan laser, pemrosesan industri, peralatan medis, dan penelitian ilmiah. Dengan kepadatan daya yang sangat baik, skalabilitas modular, dan efisiensi elektro-optik yang tinggi, perangkat ini merupakan inti dari banyak sistem laser modern. Namun, di antara sekian banyak indikator kinerja batang dioda laser, ada satu parameter yang sering diabaikan namun sangat penting: sudut divergensi. Artikel ini membahas karakteristik, asal usul fisik, dan implikasi sudut divergensi pada batang dioda laser—dan bagaimana desain optik dapat mengelolanya secara efektif.
1. Apa itu Sudut Divergensi?
Sudut divergensi menggambarkan bagaimana sinar laser menyebar saat merambat di ruang bebas. Sudut ini menunjukkan sejauh mana sinar tersebut meluas dari sisi emisi. Pada batang dioda laser, sudut divergensi menunjukkan asimetri yang kuat dalam dua arah utama:
Sumbu Cepat: Tegak lurus terhadap permukaan batang. Daerah emisi sangat sempit (biasanya 1–2 µm), sehingga menghasilkan sudut divergensi yang besar, seringkali 30°–45° atau lebih.
Sumbu Lambat: Sejajar dengan panjang batang. Daerah emisi jauh lebih lebar (ratusan mikron), sehingga menghasilkan sudut divergensi yang lebih kecil, biasanya sekitar 5°–15°.
Divergensi asimetris ini merupakan tantangan desain utama untuk integrasi sistem yang melibatkan batang dioda laser.
2. Asal Usul Fisika Divergensi
Sudut divergensi terutama ditentukan oleh struktur pandu gelombang dan ukuran sisi emisi:
Pada sumbu cepat, area emisi sangat kecil. Menurut teori difraksi, bukaan yang lebih kecil menghasilkan divergensi yang lebih besar.
Pada sumbu lambat, berkas cahaya meluas sepanjang batang melewati beberapa pemancar, sehingga menghasilkan sudut divergensi yang lebih kecil.
Akibatnya, batang dioda laser secara inheren menunjukkan divergensi tinggi pada sumbu cepat dan divergensi rendah pada sumbu lambat.
3. Bagaimana Sudut Divergensi Mempengaruhi Desain Sistem
① Biaya Kolimasi dan Pembentukan Sinar yang Tinggi
Karena asimetri berkas mentah yang tinggi, optik FAC (Fast Axis Collimation) dan SAC (Slow Axis Collimation) harus digunakan. Hal ini meningkatkan kompleksitas sistem dan menuntut presisi instalasi serta stabilitas termal yang tinggi.
② Efisiensi Kopling Serat Terbatas
Saat menggabungkan batang laser ke dalam serat multimode, sistem optik, atau lensa asferis, divergensi sumbu cepat yang besar dapat menyebabkan "spillover" berkas, yang mengurangi efisiensi penggabungan. Divergensi merupakan sumber utama kehilangan optik.
③ Kualitas Balok dalam Penumpukan Modul
Pada modul bertumpuk multi-batang, divergensi yang tidak terkontrol dengan baik dapat menyebabkan tumpang tindih sinar yang tidak merata atau distorsi medan jauh, yang memengaruhi ketepatan pemfokusan dan distribusi termal.
4. Cara Mengontrol dan Mengoptimalkan Divergensi pada Batang Dioda Laser
Meskipun divergensi sebagian besar ditentukan oleh struktur perangkat, beberapa strategi tingkat sistem dapat digunakan untuk pengoptimalan:
1Penggunaan Lensa FAC
Menempatkan lensa kolimasi sumbu cepat dekat dengan sisi pemancar akan memampatkan sinar dan mengurangi divergensi pada sumbu cepat—ini penting dalam sebagian besar desain.
2Lensa SAC untuk Pembentukan Tambahan
Meskipun divergensi sumbu lambat lebih kecil, pembentukan masih diperlukan dalam susunan atau sumber cahaya garis untuk mencapai keluaran yang seragam.
3Desain Penggabungan Sinar dan Pembentukan Optik
Menggunakan susunan lensa mikro, lensa silinder, atau optik terstruktur dapat membantu membentuk beberapa sinar laser menjadi keluaran yang seragam dan sangat terang.
4Optimasi Pandu Gelombang Tingkat Perangkat
Menyesuaikan ketebalan lapisan aktif, desain pandu gelombang, dan struktur kisi dapat lebih menyempurnakan divergensi sumbu cepat dari tingkat chip.
5. Kontrol Divergensi dalam Aplikasi Dunia Nyata
1Sumber Pompa Laser
Dalam sistem laser solid-state atau serat berdaya tinggi, batang dioda laser berfungsi sebagai sumber pompa. Pengendalian divergensi—terutama pada sumbu cepat—meningkatkan efisiensi kopling dan pemfokusan berkas.
2Alat kesehatan
Untuk sistem seperti terapi laser dan penghilangan rambut, pengelolaan divergensi memastikan pengiriman energi yang lebih seragam dan perawatan yang lebih aman dan lebih efektif.
3Pengolahan Material Industri
Dalam pengelasan dan pemotongan laser, divergensi yang dioptimalkan berkontribusi pada kepadatan daya yang lebih tinggi, fokus yang lebih baik, dan pemrosesan yang lebih tepat dan efisien.
6. Kesimpulan
Sudut divergensi batang dioda laser merupakan titik transisi yang krusial—dari fisika chip skala mikro ke sistem optik skala makro.
Ini berfungsi sebagai indikator kualitas sinar dan batas desain untuk integrasi. Seiring dengan meningkatnya tuntutan aplikasi dan kompleksitas sistem, pemahaman dan pengendalian divergensi menjadi kompetensi inti bagi produsen dan integrator laser—terutama untuk mencapai daya, kecerahan, dan keandalan yang lebih tinggi.
Waktu posting: 14-Jul-2025