Ngăn xếp laser diode đa bước sóng: Nguyên tắc, chiến lược kết hợp và ứng dụng

Ngăn xếp laser diodeđã trở thành trụ cột trong các ứng dụng công suất cao, nhưng các hệ thống bước sóng đơn phải đối mặt với những hạn chế vốn có như băng thông phổ hẹp và các kịch bản ứng dụng bị hạn chế .

Các ngăn xếp laser diode đa bước sóng giải quyết các thách thức này bằng cách cho phép mở rộng quang phổ và chia tỷ lệ công suất, quan trọng đối với các mục đích sử dụng tiên tiến như bơm laser trạng thái rắn, trị liệu y tế và cảm biến quang phổ .}

Nguyên tắc cơ bản của ngăn xếp laser diode

1. Ngăn xếp laser diode bước sóng đơn

• Các ngăn xếp laser diode bước sóng đơn thường được xây dựng trong các cấu hình mảng dọc hoặc dọc để đạt được đầu ra công suất cao .
• Stack dọc: Nhiều thanh laser được căn chỉnh chính xác và liên kết với bộ làm mát vi mạch để tản nhiệt hiệu quả, cho phép tỷ lệ công suất cấp kilowatt .}
• Mảng ngang: Laser được sắp xếp cạnh nhau, thường được kết hợp với quang học hình chùm tia (E . g ., ống kính đối chiếu trục nhanh) để cải thiện độ sáng .}}
• Nguyên tắc chia tỷ lệ năng lượng: Bằng cách tăng số lượng phát (thanh) và tối ưu hóa quản lý nhiệt, tỷ lệ công suất đầu ra một cách tuyến tính trong khi duy trì chất lượng chùm tia .

2. Cơ sở vật lý của laser đa bước sóng

• Phát xạ đa bước sóng trong laser diode dựa trên kỹ thuật bandgap và cơ chế phát xạ có thể điều chỉnh:
• Kỹ thuật Bandgap của Bán dẫn: Bằng cách sử dụng các vật liệu giếng lượng tử khác nhau (E . g ., GaAs cho ~ 800 thép1000nm, INP cho ~ 1300.
• Cơ chế điều chỉnh bước sóng:
• Điều chỉnh phụ thuộc vào hiện tại: Điều chỉnh hiện tại tiêm Bước sóng phát xạ do các hiệu ứng mật độ sóng mang .}
• Điều chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ: Làm nóng/làm mát Vùng hoạt động làm thay đổi ban nhạc, cho phép điều chỉnh bước sóng tốt .

Trong ngăn xếp laser diode đa bước sóng, sự kết hợp của 755nm, 808nm, 940nm, 1064nm và các dải khác có thể được thiết kế linh hoạt theo các yêu cầu ứng dụng (như y tế, bơm, xử lý công nghiệp) .

Kết hợp các ngăn xếp laser diode đa bước sóng:

1. Các giải pháp kết hợp đa bước sóng phổ biến

(1) Kết hợp bước sóng kép
755nm + 808 nm

Ứng dụng: Vẻ đẹp y tế (tẩy lông, điều trị mạch máu)

Tỷ lệ công suất:

755nm (1-3 barb, 50-150 w) + 808 nm (2-4 bar, 100-300 w)

Các tính năng: 755NM nhắm mục tiêu melanin, hệ thống sưởi sâu 808nm, tăng cường phối hợp hiệu ứng điều trị .

940nm + 1064 nm

Ứng dụng: Bơm laser (ND: YAG), Cắt công nghiệp

Tỷ lệ công suất:

940nm (3-6 Bar, 300-600 w) + 1064 nm (2-4 bar, 200-400 w)

Các tính năng: Bơm trực tiếp 940nm, bổ sung năng lượng 1064nm, cải thiện hiệu quả chuyển đổi .}

(2) Kết hợp ba bước sóng
755NM + 808 nm + 1064 nm

Ứng dụng: Điều trị y tế đa phương thức (tẩy lông + lipolysis + đông máu)

Tỷ lệ công suất:

755nm (1-2 barb, 50-100 w) + 808 nm (2-3 Bar, 100-200 w)

Các tính năng: Bao gồm các mô bề mặt đến sâu, đạt được điều trị nhiều lớp .

808nm + 940 nm + 1064 nm

Ứng dụng: Bơm công suất cao (Laser sợi)

Tỷ lệ công suất:

808nm (4-6 barb, 400-600 w) + 940 nm (4-6 Bar, 400-600 w)

Các tính năng: bơm phổ rộng, khớp với nhiều phương tiện tăng (như yb, nd) .

(3) Sự kết hợp toàn bộ băng tần bốn bước sóng
755NM + 808 nm + 940 nm + 1064 nm

Ứng dụng: Nghiên cứu khoa học, quân sự (năng lượng có hướng), xử lý đa phổ

Tỷ lệ công suất:

Thanh thanh, {{{{{{{4} {3, {{3 {{{{3 {{{{{{{{6 {{{{{6 {{3 {{{{{{, {{{{{4} {{{3 {, {{6 {, {{{{{4} nm ({{{{7 {, {, {, {, {6 {{, {{{{2-3 {, {, {, {, {6 {{, {6 {, {{, {6 {, {{, {6 {, {, {, {, {, {{, {, {, {, {, {, { Thanh, 200-300 w)

Các tính năng: Bảo hiểm toàn băng tần, tính linh hoạt cao, nhưng quản lý nhiệt phức tạp .

2. BAR Count Vs . Đầu ra điện

3. Cân nhắc thiết kế chính

• Tối ưu hóa khoảng cách bước sóng:
• Tránh chồng chéo quang phổ (e . g ., 808nm và 940nm dễ kết hợp hơn do khoảng cách đủ) .}
• Quản lý nhiệt:
• Các ngăn xếp đa bước sóng yêu cầu làm mát độc lập (e . g ., làm mát microchannel + tec) .}
• Chất lượng chùm tia:
• Collimation trục nhanh (ống kính FAC) + Định hình trục chậm để giảm yếu tố mét .
• Cấu hình điều khiển ứng dụng:
• Thuộc về y học: Tập trung vào 755nm/808nm với công suất vừa phải (<300W).
• Công nghiệp: Prioritize 940nm/1064nm with power >500W.

Các ứng dụng của ngăn xếp laser diode đa bước sóng

1. Các ứng dụng y tế và thẩm mỹ

A) Hệ thống tẩy lông

Sự kết hợp bước sóng: 755nm (2 thanh) + 808 nm (3 thanh) + 940 nm (2 thanh)

Đầu ra nguồn: 350-450 w

Cơ chế:

755NM: Mục tiêu melanin trong nang lông để điều trị bề mặt

808nm: thâm nhập sâu hơn để phá hủy các tế bào gốc nang trứng

940nm: Cung cấp sự gia nhiệt đồng đều của mô xung quanh để giảm đau

Thuận lợi:

Cho phép điều trị tất cả các loại da (Fitzpatrick I-VI)

Thời gian điều trị nhanh hơn 30% so với các hệ thống bước sóng đơn

Giảm tác dụng phụ (ban đỏ, phồng rộp) 40%

B) Điều trị tổn thương mạch máu

Cấu hình: 532nm (1 bar) + 755 nm (1 bar) + 1064 nm (2 thanh)

Cài đặt nguồn:

532nm @ 10-20 W (Tàu hời hợt)

755NM @ 30-50 W (Độ sâu trung gian)

1064nm @ 40-80 W (tàu sâu)

Lợi ích lâm sàng:

Xử lý đồng thời các tĩnh mạch nhện (0.1-1 mm) và các tĩnh mạch giãn tĩnh mạch sâu hơn (3-8 mm)

Làm mát động ngăn ngừa thiệt hại biểu bì

Tỷ lệ giải phóng mặt bằng 92% sau phiên 2-3

2. Xử lý vật liệu công nghiệp

a) Hệ thống hàn đa kim loại

Thiết kế ngăn xếp:

808nm (6 thanh @ 100w mỗi cái) để hấp thụ đồng

940nm (8 thanh @ 120W mỗi cái) cho thép/nhôm

1064nm (4 thanh @ 150W mỗi cái) để thâm nhập sâu

Số liệu hiệu suất:

Tốc độ hàn: 8-12 m/phút cho thép không gỉ 1mm

Tỷ lệ độ sâu trên chiều rộng: 3: 1 cho các khớp đồng

Giảm độ xốp: 60% so với các hệ thống bước sóng đơn

b) Cắt chính xác vật liệu tổng hợp

Ma trận bước sóng:

355nm (2 thanh) cho ma trận polymer cắt sạch

1064nm (4 thanh) để cắt sợi carbon

Cắt thông số:

Chiều rộng kerf: 50-100 μm

Haz (vùng bị ảnh hưởng nhiệt):<20μm

Thông lượng: nhanh hơn 5 × so với cắt cơ học

3. Các ứng dụng khoa học và quốc phòng

a) Hệ thống LIDAR cho cảm biến khí quyển

Cấu hình quang phổ:

755nm (phát hiện hơi nước)

850nm (hồ sơ aerosol)

1064nm (Phân tích hạt đám mây)

Đặc điểm xung:

Tốc độ lặp lại 10kHz

Chiều rộng xung 5ns

1MJ/năng lượng xung

Phạm vi phát hiện:

Các phép đo tầng đối tầng lên đến 15km

Độ phân giải dọc 10cm

b) Các hệ thống năng lượng theo chỉ đạo

Thiết kế laser chiến thuật:

808nm (12 thanh) để mua lại mục tiêu ban đầu

940nm (16 thanh) để suy yếu nhiệt

1064nm (8 thanh) để thỏa hiệp cấu trúc

Thông số tham gia:

Chất lượng chùm tia: Mấm <1,5

Mật độ năng lượng: 5kw/cm² ở 1km

Thời gian sống:<3s for 5mm steel penetration

4. Các ứng dụng quang tử mới nổi

a) Giao diện điện toán lượng tử

Điều khiển bước sóng chính xác:

755.214nm ± 0,001nm (thao tác nguyên tử RB)

1064.531nm ± 0,002nm (địa chỉ ion yb)

Yêu cầu ổn định:

<1MHz linewidth

0,01% biến động điện

10^-6 bước sóng trôi/giờ

b) Hình ảnh y sinh

Hệ thống OCT đa năng:

755nm (hình ảnh lớp biểu bì)

850nm (Trực quan hóa mạng mao quản)

940nm (ánh xạ mô dưới da)

Hiệu suất hình ảnh:

Độ phân giải trục: 3μm

Độ sâu thâm nhập: 2,5mm

Tỷ lệ quét A: 200khz

Các ngăn xếp laser diode đa bước sóng thể hiện một bước nhảy vọt đáng kể trong công nghệ laser, cho phép tính linh hoạt chưa từng có trên các ứng dụng y tế, công nghiệp, khoa học và phòng thủ . bằng cách kết hợp các bước sóng, tăng cường độ trước của các hệ thống. Khả năng thích ứng .

Trong các phương pháp điều trị y tế và thẩm mỹ, các ngăn xếp đa bước sóng cho phép các liệu pháp phù hợp-từ loại bỏ tóc để điều trị tổn thương mạch máu-bằng cách nhắm mục tiêu độ sâu mô khác nhau và đồng thời các ứng dụng công nghiệp Các hệ thống phòng thủ tận dụng sự đa dạng phổ cho cảm biến LIDAR tiên tiến và các ứng dụng theo hướng năng lượng cao . Các trường mới nổi như điện toán lượng tử và hình ảnh y sinh học chứng minh thêm vai trò quan trọng của kiểm soát bước sóng chính xác trong các công nghệ phân phối tiếp theo .}}}}}}}}}}

Thông tin liên hệ:

Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, vui lòng nói chuyện với chúng tôi . Bất kể khách hàng của chúng tôi ở đâu và yêu cầu của chúng tôi là gì, chúng tôi sẽ làm theo mục tiêu của chúng tôi để cung cấp cho khách hàng chất lượng cao, giá thấp và dịch vụ tốt nhất .}