Seiring dengan terus berkembangnya aplikasi laser daya 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 banyak indikator kinerja batang dioda laser, satu parameter sering diabaikan tetapi sangat penting: sudut divergensi. Artikel ini mengeksplorasi karakteristik, asal 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 berkas laser menyebar saat merambat di ruang bebas. Ini menunjukkan sejauh mana berkas tersebut meluas dari permukaan 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), menyebabkan sudut divergensi yang besar, seringkali 30°–45° atau lebih.
Sumbu Lambat: Sejajar dengan panjang batang. Daerah emisi jauh lebih lebar (ratusan mikron), 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 Fisik Divergensi
Sudut divergensi terutama ditentukan oleh struktur pandu gelombang dan ukuran faset 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 melebar 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 Berkas 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 pemasangan serta stabilitas termal yang tinggi.
② Efisiensi Penyambungan Serat yang Terbatas
Saat menyambungkan batang laser ke serat multimode, sistem optik, atau lensa asferis, divergensi sumbu cepat yang besar dapat menyebabkan "tumpahan" berkas cahaya, sehingga mengurangi efisiensi penyambungan. Divergensi merupakan sumber utama kehilangan optik.
③ Kualitas Berkas pada Penumpukan Modul
Pada modul bertumpuk multi-batang, divergensi yang tidak terkontrol dengan baik dapat menyebabkan tumpang tindih berkas yang tidak merata atau distorsi medan jauh, yang memengaruhi presisi pemfokusan dan distribusi termal.
4. Cara Mengontrol dan Mengoptimalkan Divergensi pada Batang Dioda Laser
Meskipun perbedaan sebagian besar ditentukan oleh struktur perangkat, beberapa strategi tingkat sistem dapat digunakan untuk optimasi:
①Penggunaan Lensa FAC
Menempatkan lensa kolimasi sumbu cepat dekat dengan permukaan pemancar akan memampatkan berkas cahaya dan mengurangi divergensi pada sumbu cepat—ini sangat penting dalam sebagian besar desain.
②Lensa SAC untuk Pembentukan Tambahan
Meskipun divergensi sumbu lambat lebih kecil, pembentukan tetap diperlukan pada susunan atau sumber cahaya garis untuk mencapai keluaran yang seragam.
③Desain Penggabungan Berkas dan Pembentukan Optik
Penggunaan susunan lensa mikro, lensa silindris, atau optik terstruktur dapat membantu membentuk beberapa berkas laser menjadi keluaran yang seragam dan berdaya terang tinggi.
④Optimasi Pandu Gelombang Tingkat Perangkat
Dengan menyesuaikan ketebalan lapisan aktif, desain pandu gelombang, dan struktur kisi, divergensi sumbu cepat dapat disempurnakan lebih lanjut dari tingkat chip.
5. Pengendalian Divergensi dalam Aplikasi Dunia Nyata
①Sumber Pompa Laser
Dalam sistem laser solid-state atau fiber berdaya tinggi, batang dioda laser berfungsi sebagai sumber pompa. Mengontrol divergensi—terutama pada sumbu cepat—meningkatkan efisiensi kopling dan pemfokusan berkas.
②Alat kesehatan
Untuk sistem seperti terapi laser dan penghilangan bulu, pengelolaan divergensi memastikan penyampaian energi yang lebih seragam dan perawatan yang lebih aman serta 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 presisi dan efisien.
6. Kesimpulan
Sudut divergensi batang dioda laser merupakan titik transisi penting—dari fisika chip skala mikro ke sistem optik skala makro.
Ini berfungsi sebagai indikator kualitas berkas cahaya dan batasan 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 Juli 2025