현대 레이저 기술에서 다이오드 펌핑 모듈은 높은 효율, 신뢰성, 그리고 컴팩트한 설계로 인해 고체 레이저 및 파이버 레이저에 이상적인 펌프 소스로 자리 잡았습니다. 그러나 출력 성능과 시스템 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나는 펌프 모듈 내 이득 분포의 균일성입니다.
1. 이득 분포 균일성이란 무엇입니까?
다이오드 펌핑 모듈에서는 여러 개의 레이저 다이오드 바가 어레이 형태로 배열되고, 펌프 광은 광학 시스템을 통해 이득 매질(예: Yb 도핑 광섬유 또는 Nd:YAG 크리스털)로 전달됩니다. 펌프 광의 전력 분포가 불균일하면 매질의 이득이 비대칭적으로 발생하여 다음과 같은 결과가 발생합니다.
①레이저 출력의 빔 품질 저하
②전반적인 에너지 변환 효율 감소
③열 스트레스 증가 및 시스템 수명 단축
④작동 중 광학적 손상 위험이 더 높습니다.
따라서 펌프 광 분포의 공간적 균일성을 달성하는 것은 펌프 모듈 설계 및 제조에 있어서 중요한 기술적 목표입니다.
2. 비균일 이득 분포의 일반적인 원인
①칩 방출 전력의 변화
레이저 다이오드 칩은 본질적으로 전력 편차를 보입니다. 적절한 분류나 보상이 없으면 이러한 차이로 인해 대상 영역 전체에서 펌프 강도가 일정하지 않을 수 있습니다.
②콜리메이션 및 초점 시스템의 오류
광학 부품(예: FAC/SAC 렌즈, 마이크로렌즈 어레이, 파이버 커플러)의 정렬 불량이나 결함으로 인해 빔의 일부가 의도한 대상에서 벗어나 핫스팟이나 사각 지대가 발생할 수 있습니다.
③열 구배 효과
반도체 레이저는 온도에 매우 민감합니다. 방열판 설계가 잘못되었거나 냉각이 불균일하면 서로 다른 칩 간에 파장 편차가 발생하여 결합 효율과 출력 일관성에 영향을 미칠 수 있습니다.
④부적절한 광섬유 출력 설계
다중 코어 파이버 또는 빔 결합 출력 구조에서 부적절한 코어 레이아웃은 이득 매체에서 펌프 광 분포가 균일하지 않게 되는 결과를 초래할 수도 있습니다.
3. 이득 균일성을 개선하는 기술
①칩 정렬 및 전력 매칭
각 모듈 내에서 일관된 출력 전력을 보장하기 위해 레이저 다이오드 칩을 정밀하게 스크린하고 그룹화하여 국부적인 과열과 핫스팟을 최소화합니다.
②최적화된 광학 설계
비영상 광학 또는 균질화 렌즈(예: 마이크로렌즈 어레이)를 사용하여 빔 오버랩과 초점 정확도를 개선하고, 이를 통해 펌프 광 프로필을 평평하게 만듭니다.
③향상된 열 관리
칩 간 온도 변동을 줄이고 안정적인 출력을 유지하려면 높은 열전도도 재료(예: CuW, CVD 다이아몬드)와 균일한 온도 제어 전략을 사용합니다.
④광도 균질화
이득 매체 내에서 빛의 공간적 분포를 더욱 균일하게 하기 위해 펌프 광 경로를 따라 확산기나 빔 형성 요소를 통합합니다.
4. 실제 응용 분야에서의 실용적 가치
고급 레이저 시스템에서—정밀 산업 가공, 군용 레이저 지정, 의료 치료 및 과학 연구 등—레이저 출력의 안정성과 빔 품질이 가장 중요합니다. 불균일한 이득 분포는 시스템 신뢰성과 정확도에 직접적인 영향을 미치며, 특히 다음과 같은 경우에 그렇습니다.
①고에너지 펄스 레이저: 국소 포화 또는 비선형 효과를 방지합니다.
②파이버 레이저 증폭기: ASE(증폭된 자발 방출) 빌드업을 억제합니다.
③LIDAR 및 거리 측정 시스템: 측정 정확도 및 반복성 향상
④의료용 레이저: 치료 중 정확한 에너지 제어 보장
5. 결론
이득 분포 균일성은 펌프 모듈에서 가장 눈에 띄는 매개변수는 아니지만, 고성능 레이저 시스템에 안정적으로 전원을 공급하는 데 필수적입니다. 레이저 품질과 안정성에 대한 요구가 계속 증가함에 따라 펌프 모듈 제조업체는 다음과 같은 사항을 고려해야 합니다.“균일성 제어”핵심 프로세스로서—다운스트림 애플리케이션에 더욱 안정적이고 일관된 레이저 소스를 제공하기 위해 칩 선택, 구조 설계 및 열 전략을 지속적으로 개선합니다.
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게시 시간: 2025년 8월 20일