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독립적인 전력 조정의 장점

레이저 출력 전력을 변경하거나 최대 출력 미만으로 레이저를 작동하는 능력은 종종 중요한 기능입니다. 많은 경우 검출기 포화 또는 샘플 손상 방지와 같은 프로세스나 실험을 최적화하려면 "파워 노브"를 사용하는 것이 필수적입니다. 또한 손상 위험을 최소화하고 눈의 안전을 최대화하기 위해 전력을 줄인 상태에서 시스템 정렬 및 테스트를 수행하는 것이 선호되는 경우가 많습니다. 또한 STED와 같은 초해상도 현미경 기술은 나노미터 규모의 분해능을 최적화하기 위해 미세한 전력 조정이 필요합니다. 따라서 사용 편의성과 설정 단순성 측면에서 일부 유형의 감쇠기에 의존하는 것보다 출력 전력을 원활하게 줄이는 옵션이 더 바람직합니다.

안타깝게도 대부분의 다른 고체 레이저에서는 제조업체가 지정한 최적 값에서 출력을 줄이면 빔 특성, 특히 빔 발산, 빔 직경, 모드 품질 및 빔 포인팅도 손상됩니다. 그 이유는 Nd:YVO와 같은 벌크 재료를 기반으로 하는 고체 레이저에 흔히 나타나는 열 렌즈 현상이라는 현상 때문입니다.₄.

열렌즈의 문제점

레이저 이득 결정 또는 유리가 광학적으로 펌핑될 때 펌프 전력의 일부는 불가피하게 열로 변환됩니다. 또한, 레이저 빔의 자가 재흡수는 결정의 활성 부피를 가열합니다. 성능을 안정화하고 손상을 방지하기 위해 게인 크리스탈은 어떤 방식으로든 냉각됩니다. 이는 수동 방열판, 수냉식, 열전(TE) 냉각, 심지어 극저온 냉각의 형태를 취할 수 있습니다. 냉각 유형에 관계없이 열 제거는 하나 이상의 결정 표면을 통해 이루어집니다. 정상 상태 작동에서는 이득 결정에 열 구배가 설정됩니다.

이 열 구배에는 두 가지 결과가 있습니다. 첫째, 레이저 매질의 온도 분포에 따라 굴절률이 변합니다. 또한, 결정은 가열됨에 따라 팽창하여 광학 표면의 곡률에 변화를 일으킵니다. 엔드 펌핑 원통형 레이저 막대의 가장 간단한 경우에서 이러한 효과는 결정의 길이와 펌프 출력에 비례하는 출력을 갖는 구면 렌즈를 생성합니다. 더욱이 렌즈 파워는 세로 방향 기울기의 영향을 받을 수도 있습니다. 특히 게인 크리스탈이 한쪽 끝에서만 펌핑되는 경우에는 더욱 그렇습니다.

고품질 가우스 빔 프로필(TEM에서 출력 전력 최적화₀₀)에는 레이저 모드와 펌핑된 볼륨의 가능한 최상의 공간 일치를 포함하여 공진기의 신중한 설계가 필요합니다. 광학 표면의 곡률이 변경되거나 작동 중 굴절률의 공간적 구배가 변경되면 이러한 "열 렌징" 효과로 인해 모드 품질이나 효율성이 최적화되지 않게 됩니다. 물론 이 열 렌즈의 정도는 레이저 매질에 적용되는 펌프 전력에 따라 달라집니다.

고체 레이저에서 열 렌즈는 출력 빔 발산 및 직경을 변경합니다. 바카라 카지노의 AVIA와 같은 고성능 레이저에서^™예를 들어 산업용 DPSS 레이저 제품군, ThermaTrak이라는 피드백 기능^™전력이 조정될 때 전동 공동 내 렌즈를 움직여 이 문제를 해결합니다. 반대로 성능이 낮은 DPSS 레이저에서는 열 렌즈가 제어되지 않으며 펌프 전력이 변경됨에 따라 열 렌즈의 변화로 인해 빔 매개변수가 변경되고 효율성이 감소하며 사용 가능한 전력 범위가 제한됩니다. 대부분의 상업용 DPSS 레이저에는 가변 보상이 포함되어 있지 않으므로 출력 빔 매개변수는 지정된 출력 전력에서만 보장됩니다.

OPSL – Thin Gain 칩 – 열 렌즈 없음

OPSL에서 이득 매질은 후면 전반사기 역할을 하는 유전층을 오버레이하는 반도체 양자 우물의 매우 얇은(< 10μm) 디스크입니다. 후면은 능동적으로 냉각되는 방열판에 결합되어 반도체 구조를 효율적으로 냉각합니다. 방사형 열 구배는 여전히 레이저 작동으로 인해 발생하지만 전체 구조가 너무 얇아서 열 렌즈 효과는 무시할 수 있습니다. 실제로 이득 물질의 경로 길이는 대략 다음과 같습니다.1000회일반적인 DPSS보다 적습니다.

열 렌즈 효과가 무시할 수 있다는 가정을 확인하기 위해 바카라 카지노 엔지니어들은 의도적으로 열 구배를 생성하고 간섭계로 측정한 OPSL 게인 칩의 광학적 특성을 모니터링하기 위한 일련의 테스트를 수행했습니다. 또한 테스트 경사도는 전체 OPSL 출력 전력에서도 일반 레이저 작동으로 개발할 수 있는 것보다 훨씬 더 크게 설계되었습니다.

그림 2는 이 테스트에 사용된 설정을 보여줍니다. 여기서 OPSL 레이저 캐비티는 다양한 양의 펌프 전력에 의해 동시에 조사될 때 테스트 빔이 OPSL 칩을 조사할 수 있도록 하는 웨지 빔 스플리터로 수정되었습니다. 구체적으로, 980nm의 간섭성 단일 모드 레이저 빔은 첫 번째 빔 스플리터에 의해 분할되어 강도의 일부는 OPSL 칩에서 반사되고 일부는 초평탄 기준 거울에서 반사됩니다. 두 번째 빔 스플리터는 이러한 반사된 빔을 Mach-Zehnder 간섭계라는 구성으로 재결합합니다. 그런 다음 재결합된 빔이 확장되어 CCD 카메라를 사용하여 표시됩니다.

OPSL 칩이 열 렌즈 없이 편평하게 유지된다면 카메라의 이미지는 프로필 전체에 걸쳐 균일할 것입니다. 반대로, 모든 열 렌즈는 어둡고 밝은 간섭 무늬로 나타나며, 그 간격은 렌즈 또는 기타 빔 왜곡의 정도를 정량적으로 측정합니다. OPSL 게인 칩 대신 가열된 거울을 사용하여 이 테스트 장비를 주의 깊게 평가한 결과 980nm 테스트 파장에서 λ/50만큼 작은 파장 왜곡을 식별할 수 있는 것으로 나타났습니다.

테스트에서 OPSL의 펌프 레이저는 직경이 420μm에 불과한 지점에 집중되었습니다. 이 펌프 레이저의 출력은 0에서 9와트 사이에서 다양했습니다. 이러한 극단적인 열 부하 하에서도 전체 파면 왜곡은 ~ λ/40에서 거의 감지할 수 없었습니다.

실제 레이저 성능 데이터

물론, 실제 작동 시 중요한 것은 실제 레이저 성능입니다. 이러한 열 렌즈의 부재를 최대한 활용하려면 다른 모든 광학 장치나 광기계 장치가 펌프 전력의 변화에 ​​민감하지 않은 견고한 모놀리식 공동 설계가 필요합니다. 열 렌즈 현상이 발생하면 출력 빔의 가장 두드러진 변화는 빔 발산과 빔 직경에서 관찰됩니다. 이는 또한 레이저 기반 이미징 및 티타늄 사파이어 레이저 펌핑과 같은 까다로운 응용 분야에 가장 중요한 매개변수이기도 합니다.

바카라 카지노 엔지니어들은 출력 전력의 함수로서 이러한 매개변수의 변화를 직접 찾기 위해 포괄적인 일련의 실험을 수행했습니다. 특히, 8와트 Verdi G 레이저의 532nm 출력은 수백 밀리와트에서 8와트까지 크기 범위에 걸쳐 단계적으로 변경되었습니다. 출력 전력의 이러한 큰 변화에도 불구하고 빔 직경과 빔 발산은 모두 현저하게 일정하며 그림 3과 4의 일반적인 데이터 세트에 표시된 것처럼 사양 내에서 잘 유지됩니다.