Zuntz akoplatutako erdieroaleen laserra

Definizioa: diodo-laser bat, non sortutako argia zuntz optiko batean akoplatzen den.

Kasu askotan, beharrezkoa da diodo-laser baten irteerako argia zuntz optiko batera lotzea, argia behar den lekura igorri ahal izateko. Zuntz akoplatutako erdieroaleen laserrek abantaila hauek dituzte:

1. Zuntz optikotik igorritako argiaren intentsitate-kurba leuna eta zirkularra da, eta habearen kalitatea simetrikoa da, eta hori oso erosoa da aplikazioan. Esaterako, konplexutasun gutxiagoko optika erabiltzen da ponpa-puntu zirkularra sortzeko amaieran ponpatutako egoera solidoko laserretarako.

2. Laser diodoa eta bere hozte gailua egoera solidoko laser burutik kentzen badira, laserra oso txikia izango da eta beste pieza optiko batzuk jartzeko leku nahikoa dago.

3. Kualifikaziorik gabeko optikoki akoplatutako erdieroaleen laserrak ordezkatzeak ez du gailuaren antolaketa aldatzea eskatzen.

4. Akoplamendu optikoko gailua erraz erabiltzen da zuntz optikoko beste gailu batzuekin batera.

Zuntz akoplatutako erdieroaleen laser motak

Amaitutako diodo laser asko zuntz bidez akoplatuta daude, laser paketean zuntz-akoplatutako optika oso sendoa dutenak. Diodo-laser ezberdinek zuntz eta teknologia desberdinak erabiltzen dituzte.

Kasurik errazena da VCSEL (Barrunbe Bertikaleko Gainazaleko Erradiazio Laser) normalean habe-kalitate oso handikoa, izpi ertaineko dibergentzia, astigmatismorik gabekoa eta intentsitate zirkularreko banaketa duen izpi bat irradiatzen duela. Erradiazio puntua modu bakarreko zuntz baten muinean irudikatzeak lente esferiko sinple bat behar du. Akoplamenduaren eraginkortasuna % 70-80ra irits daiteke. Zuntz optikoak VCSELen gainazal erradiatzailean zuzenean lotu daitezke.

Ertz-igorpeneko laser diodo txikiek ere modu espazial bakarra irradiatzen dute eta, beraz, printzipioz modu eraginkorrean modu bakarreko zuntzetan lotu daitezke. Hala ere, lente esferiko soil bat bakarrik erabiltzen bada, izpiaren eliptikotasunak asko murriztuko du akoplamenduaren eraginkortasuna. Eta habe-dibergentzia-angelua nahiko handia da norabide batean gutxienez, beraz, lenteak zenbakizko irekiera handi samarra izan behar du. Beste arazo bat diodoaren irteerako argian dagoen astigmatismoa da, batez ere irabazi-gidatutako diodoan, lente zilindriko gehigarri bat erabiliz konpentsatu daitekeena. Irteerako potentzia ehunka miliwatt-era iristen bada, zuntzekin akoplatutako irabazien bidez gidatutako laser diodoak erabil daitezke erbioz dopatutako zuntz-anplifikadoreak ponpatzeko.

2. irudia: potentzia baxuko zuntzekin akoplatutako ertz-igorpenaren laser-diodo sinple baten eskema. Lente esferikoa laser diodoaren gainazaletik zuntz nukleora igortzen den argia irudikatzeko erabiltzen da. Beam-eliptikotasunak eta astigmatismoak akoplamenduaren eraginkortasuna murrizten dute.

Eremu handiko laser diodoak espazioan modu anitzekoak dira erradiazio noranzkoan. Izpi zirkularra lente zilindriko baten bidez moldatzen baduzu (adibidez, zuntz-lente baten bidez, 3. irudian erakusten den moduan) eta gero modu anitzeko zuntza sartzen baduzu, distira gehiena galduko da kalitate handiko habea ardatz azkarreko norabidean dagoelako. Kalitatea ezin da erabili. Adibidez, 1W-ko potentzia duen argia 50 mikra-ko nukleoaren diametroa eta 0,12-ko zenbakizko irekidura duen multimode zuntz batean sar daiteke. Argi hori nahikoa da potentzia txikiko ontziraturiko laser bat ponpatzeko, adibidez, mikrotxiparen laserra. 10W argi igortzea ere posible da.

3. Irudia: Eremu handiko laser-diodo optikoki akoplatutako sinple baten eskema. Zuntz optikoko lenteak argia ardatz bizkorreko noranzkoan kolimatzeko erabiltzen dira.

Banda zabaleko laser teknologia hobetua izango litzateke habea jaurti baino lehen izpiaren kalitate simetrikoa izateko (ez soilik izpien erradioa) moldatzea. Horrek distira handiagoa ere eragiten du.

Diodo-matrizeetan, izpi asimetrikoen kalitatearen arazoa are larriagoa da. Transmisore bakoitzaren irteera zuntz sortako zuntz ezberdin batean lotu daiteke. Zuntz optikoak diodo-matrizearen alde batean linealki antolatuta daude, baina irteerako muturrak zirkularreko multzo batean daude antolatuta. Beam shaper bat habearen kalitate simetrikoa lortzeko erabil daiteke habea modu anitzeko zuntz batera jaurti aurretik. Horri esker, 30W argi akopla daitezke 200 mikra-ko diametroko zuntz batean 0,22 zenbakiko irekidurarekin. Gailu hau Nd:YAG edo Nd:YVO4 laserrak ponpatzeko erabil daiteke, gutxi gorabehera 15W-ko irteera-potentzia lortzeko.

Diodo-piletan, nukleo-diametro handiagoak dituzten zuntzak ere erabili ohi dira. Hainbat ehun watt (edo hainbat kilowatt) argi akopla daitezke 600 mikrako nukleoaren diametroa eta 0,22ko zenbakizko irekidura duen zuntz optiko batean.

Zuntz akoplatzearen desabantailak.

Zuntz akoplatutako erdieroaleen laserrak espazio libreko erradiazio-laserrekin alderatuta, honako hauek dira:

kostu handiagoa. Kostuak murriztu daitezke habeen manipulazio eta transmisio prozesuak errazten badira.

Irteerako potentzia apur bat txikiagoa da eta garrantzitsuena distira. Distira galera batzuetan oso handia da (magnitude ordena bat baino handiagoa) eta beste batzuetan txikia, erabiltzen den zuntz-akoplamendu-teknologiaren arabera. Zenbait kasutan horrek ez du axola, baina beste kasu batzuetan arazo bihurtzen da, diodoz ponpatutako ontziraturiko laserrak edo potentzia handiko zuntz laserrak diseinatzean, esaterako.

Kasu gehienetan (modo anitzeko zuntza batez ere), zuntzak polarizazioa mantentzen du. Orduan, zuntzaren irteerako argia partzialki polarizatu egiten da, eta zuntza mugitzen bada edo tenperatura aldatzen bada, polarizazio egoera ere aldatuko da. Ponparen xurgapena polarizazioaren menpekoa bada, horrek egonkortasun-arazo handiak sor ditzake diodoz ponpatutako egoera solidoko laserretan.