In der modernen Lasertechnologie haben sich Diodenpumpmodule aufgrund ihrer hohen Effizienz, Zuverlässigkeit und kompakten Bauweise als ideale Pumpquelle für Festkörper- und Faserlaser etabliert. Ein entscheidender Faktor für die Ausgangsleistung und Systemstabilität ist jedoch die Gleichmäßigkeit der Verstärkungsverteilung innerhalb des Pumpmoduls.
1. Was versteht man unter Gleichmäßigkeit der Gewinnverteilung?
In Diodenpumpmodulen sind mehrere Laserdioden in einem Array angeordnet, und ihr Pumplicht wird über ein optisches System in das Verstärkungsmedium (z. B. eine Yb-dotierte Faser oder einen Nd:YAG-Kristall) eingekoppelt. Eine ungleichmäßige Leistungsverteilung des Pumplichts führt zu einer asymmetrischen Verstärkung im Medium und hat folgende Folgen:
①Verminderte Strahlqualität des Laserausgangs
②Verringerter Gesamtenergieumwandlungswirkungsgrad
③Erhöhte thermische Belastung und verkürzte Systemlebensdauer
④Höheres Risiko optischer Schäden während des Betriebs
Daher ist die Erzielung einer räumlichen Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung in der Pumpe ein entscheidendes technisches Ziel bei der Konstruktion und Fertigung von Pumpenmodulen.
2. Häufige Ursachen für eine ungleichmäßige Gewinnverteilung
①Schwankungen der Chip-Emissionsleistung
Laserdioden weisen prinzipbedingt Leistungsschwankungen auf. Ohne geeignete Sortierung oder Kompensation können diese Unterschiede zu einer ungleichmäßigen Pumpintensität im Zielbereich führen.
②Fehler in Kollimations- und Fokussiersystemen
Fehlausrichtungen oder Fehler in den optischen Komponenten (z. B. FAC/SAC-Linsen, Mikrolinsenarrays, Faserkoppler) können dazu führen, dass Teile des Strahls vom beabsichtigten Ziel abweichen und Hotspots oder Totzonen entstehen.
③Effekte thermischer Gradienten
Halbleiterlaser reagieren sehr empfindlich auf Temperaturänderungen. Eine mangelhafte Kühlkörperkonstruktion oder ungleichmäßige Kühlung kann zu Wellenlängenabweichungen zwischen verschiedenen Chips führen und somit die Kopplungseffizienz und die Ausgangskonsistenz beeinträchtigen.
④Unzureichendes Glasfaserausgangsdesign
Bei Mehrkernfasern oder Strahlkombinations-Ausgangsstrukturen kann eine ungeeignete Kernanordnung auch zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Pumplichts im Verstärkungsmedium führen.
3. Techniken zur Verbesserung der Verstärkungsgleichmäßigkeit
①Chipsortierung und Leistungsanpassung
Durch präzises Screening und Gruppieren der Laserdiodenchips wird eine gleichmäßige Ausgangsleistung innerhalb jedes Moduls gewährleistet, wodurch lokale Überhitzung und Verstärkungsspitzen minimiert werden.
②Optimiertes optisches Design
Durch den Einsatz nichtabbildender Optiken oder homogenisierender Linsen (z. B. Mikrolinsenarrays) lässt sich die Strahlüberlappung und Fokussierungsgenauigkeit verbessern, wodurch das Profil des Pumplichts abgeflacht wird.
③Verbessertes Wärmemanagement
Durch den Einsatz von Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. CuW, CVD-Diamant) und Strategien zur einheitlichen Temperaturregelung lassen sich Temperaturschwankungen zwischen den Chips reduzieren und eine stabile Leistung gewährleisten.
④Homogenisierung der Lichtintensität
Um eine gleichmäßigere räumliche Lichtverteilung innerhalb des Verstärkungsmediums zu erreichen, sollten Diffusoren oder Strahlformungselemente entlang des Pumplichtwegs eingesetzt werden.
4. Praktischer Nutzen in realen Anwendungen
In High-End-Lasersystemen—wie z. B. industrielle Präzisionsbearbeitung, militärische Laserzielsysteme, medizinische Behandlungen und wissenschaftliche Forschung—Die Stabilität und Strahlqualität des Laserstrahls sind von größter Bedeutung. Eine ungleichmäßige Verstärkungsverteilung beeinträchtigt die Systemzuverlässigkeit und -genauigkeit unmittelbar, insbesondere in den folgenden Szenarien:
①Hochenergetische gepulste Laser: Vermeiden lokale Sättigung oder nichtlineare Effekte
②Faserlaserverstärker: Unterdrücken die ASE-Aufbaurate (verstärkte spontane Emission)
③LIDAR- und Entfernungsmesssysteme: Verbessern die Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit
④Medizinische Laser: Gewährleistet eine präzise Energiekontrolle während der Behandlungen
5. Schlussfolgerung
Die Gleichmäßigkeit der Verstärkungsverteilung ist zwar nicht der sichtbarste Parameter eines Pumpmoduls, aber unerlässlich für die zuverlässige Stromversorgung von Hochleistungslasersystemen. Da die Anforderungen an Laserqualität und -stabilität stetig steigen, müssen Hersteller von Pumpmodulen diesem Aspekt besondere Aufmerksamkeit widmen.„Gleichmäßigkeitskontrolle„als Kernprozess—Wir optimieren kontinuierlich die Chipauswahl, das Strukturdesign und die thermischen Strategien, um zuverlässigere und konsistentere Laserquellen für nachgelagerte Anwendungen bereitzustellen.
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Veröffentlichungsdatum: 20. August 2025