현대 레이저 기술에서 다이오드 펌핑 모듈은 높은 효율, 신뢰성 및 소형 설계 덕분에 고체 레이저 및 광섬유 레이저에 이상적인 펌프 소스로 자리 잡았습니다. 그러나 출력 성능과 시스템 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나는 펌프 모듈 내부의 이득 분포 균일성입니다.
1. 이득 분포 균일성이란 무엇입니까?
다이오드 펌핑 모듈에서는 여러 개의 레이저 다이오드 바가 어레이 형태로 배열되고, 이 다이오드에서 발생하는 펌프광이 광학 시스템을 통해 이득 매질(예: Yb 도핑 섬유 또는 Nd:YAG 결정)로 전달됩니다. 펌프광의 전력 분포가 고르지 않으면 매질에서 비대칭적인 이득이 발생하여 다음과 같은 결과가 나타납니다.
①레이저 출력의 빔 품질 저하
②전반적인 에너지 변환 효율 감소
③열 스트레스 증가 및 시스템 수명 단축
④작동 중 광학 장치 손상 위험 증가
따라서 펌프 광 분포의 공간적 균일성을 달성하는 것은 펌프 모듈 설계 및 제조에서 매우 중요한 기술적 목표입니다.
2. 불균일한 이득 분포의 일반적인 원인
①칩 방출 전력의 변화
레이저 다이오드 칩은 본질적으로 출력 변동을 나타냅니다. 적절한 분류 또는 보정이 없으면 이러한 차이로 인해 목표 영역 전체에 걸쳐 펌프 강도가 일정하지 않을 수 있습니다.
②시준 및 초점 시스템의 오류
광학 부품(예: FAC/SAC 렌즈, 마이크로렌즈 어레이, 광섬유 커플러)의 정렬 불량이나 결함으로 인해 빔의 일부가 의도한 목표에서 벗어나 핫스팟이나 데드존이 발생할 수 있습니다.
③열 구배 효과
반도체 레이저는 온도에 매우 민감합니다. 방열판 설계가 부실하거나 냉각이 고르지 않으면 칩마다 파장 편차가 발생하여 결합 효율과 출력 일관성에 영향을 미칠 수 있습니다.
④부적절한 광섬유 출력 설계
다중 코어 광섬유 또는 빔 결합 출력 구조에서 코어 배치가 부적절하면 이득 매질에서 펌프 광 분포가 불균일해질 수 있습니다.
3. 이득 균일성 향상 기법
①칩 분류 및 전력 매칭
레이저 다이오드 칩을 정밀하게 선별하고 그룹화하여 각 모듈 내에서 일관된 출력 전력을 보장하고, 국부적인 과열 및 게인 핫스팟을 최소화합니다.
②최적화된 광학 설계
빔 중첩 및 초점 정확도를 개선하여 펌프 광 프로파일을 평탄화하기 위해 비이미징 광학 장치 또는 균일화 렌즈(예: 마이크로렌즈 어레이)를 사용합니다.
③향상된 열 관리
높은 열전도율 소재(예: CuW, CVD 다이아몬드)와 균일한 온도 제어 전략을 사용하여 칩 간 온도 변동을 줄이고 안정적인 출력을 유지합니다.
④광 강도 균일화
펌프 광 경로를 따라 확산기 또는 빔 형성 요소를 통합하여 이득 매질 내에서 빛의 공간적 분포를 더욱 균일하게 만듭니다.
4. 실제 적용 분야에서의 실용적 가치
고급 레이저 시스템에서—정밀 산업 가공, 군사용 레이저 조준, 의료 치료 및 과학 연구와 같은 분야—레이저 출력의 안정성과 빔 품질은 매우 중요합니다. 불균일한 이득 분포는 시스템의 신뢰성과 정확도에 직접적인 영향을 미치며, 특히 다음과 같은 상황에서 더욱 그렇습니다.
①고에너지 펄스 레이저: 국부 포화 또는 비선형 효과를 방지합니다.
②광섬유 레이저 증폭기: ASE(증폭된 자발 방출) 축적 억제
③라이다 및 거리 측정 시스템: 측정 정확도와 반복성을 향상시킵니다.
④의료용 레이저: 치료 중 정밀한 에너지 제어를 보장합니다.
5. 결론
이득 분포 균일성은 펌프 모듈의 가장 눈에 띄는 매개변수는 아닐 수 있지만, 고성능 레이저 시스템을 안정적으로 구동하는 데 필수적입니다. 레이저 품질과 안정성에 대한 요구가 계속 높아짐에 따라 펌프 모듈 제조업체는 이를 고려해야 합니다.“균일성 제어"핵심 프로세스로서—칩 선정, 구조 설계 및 열 전략을 지속적으로 개선하여 하위 응용 분야에 더욱 안정적이고 일관된 레이저 소스를 제공합니다.
펌프 모듈의 이득 균일성을 최적화하는 방법에 관심이 있으신가요? 지금 바로 문의하시면 솔루션 및 기술 지원에 대한 자세한 정보를 제공해 드립니다.
게시 시간: 2025년 8월 20일