مدونة حول أجهزة ليزر ثنائي الأقنعة ذات الطاقة العالية

تخيلوا شعاع ليزر دقيق يخترق الغلاف الجوي للأرضهذه التكنولوجيا المستقبلية على ما يبدو تعتمد على مكون حاسمومع ذلك، تواجه تكنولوجيا LDA الحالية تحديات كبيرة في الموثوقية، والعمر، والكفاءة.خاصة عندما تكون بمثابة مصادر مضخة لليزر المتماسك الصلب الحالة 2 ميكرون.

تشكل مجموعات ثنائيات الليزر جوهر أنظمة الليزر الصلبة التي يتم ضخها بواسطة ثنائيات، حيث يحدد أداؤها بشكل مباشر قدرات النظام الكلي.توفر أجهزة تحديد الطاقة للوسائط الليزرية الصلبة، وتوليد أشعة ليزر متماسكة ذات جودة فضائية وطيافية عالية. تصميم ليزر الحالة الصلبة وخصائص مواد الليزر تملي طول الموجة التشغيلية، ومدة النبض،ومتطلبات الطاقة للديودات الليزر.

بالمقارنة مع الليزر 1 ميكرون المستخدمة على نطاق واسع، النبضات عالية الطاقة 2 ميكرون الليزر في الحالة الصلبة تقدم تحديات أكبر بكثير في متطلبات ضخها.تطبيقات مثل تحديد ملفات الرياح العالمية القائمة على الفضاء واكتشاف الاضطرابات عن بعد في الهواء النقي للطائرات تتطلب موثوقية ومدة حياة تتجاوز بكثير قدرات LDA الحالية.

التطورات الأخيرة في أجهزة LDA ذات الموجات شبه المستمرة ذات الطاقة القصوى عالية النبض في حزم تبرد بالقيادة تظهر واعدة لمعالجة التحديات الهندسية في أدوات الليدار الصلبة.على الرغم من هذه التطورات، لا تزال الـ LDA التي تلبي متطلبات الليدار المتماسكة المستندة إلى الفضاء والطائرة تواجه مشاكل في العمر والموثوقية.

تتطلب الليزر الصلبة ذات الطاقة المتوسطة إلى العالية لـ 2 ميكرون LDAs شبه CW ذات الطاقة العالية مع الحد الأدنى لمدة النبض من 1 ميللي ثانية عند 792 نانومتر.هذه الدورة النبض طويلة نسبيا يساهم بشكل كبير في عمر المجموعة المحدودة، لأنه يخضع المناطق النشطة للديود الليزر لدرجات حرارة عالية ودورة حرارية شديدة. يعتبر الدورة الحرارية في المنطقة النشطة السبب الرئيسي لتدهور طاقة LDA السريع.بينما الارتفاع المفرط في درجة الحرارة يؤدي إلى الفشل المبكر.

الزيادة الشديدة في درجة الحرارة أثناء النبضات تولد ضغوطًا كبيرة داخل قضبان الإصدار الفردية بسبب التسخين المحلي والاختلافات الحرارية المختلفة بين القضبان والروابط ،والمواد اللاصقةفي حين أن تصميم الرأس الليزر الدقيق يمكن أن يخفف التدهور الحراري من خلال تحسين تبديد الحرارة وتشغيل ثنائيات تحت القيم القصوى، هناك حاجة إلى حلول أكثر شمولا.

تم تطوير منصة خاصة لتمييز صفحة ثنائيات الليزر (LDCF) للتحقيق بدقة في أداء LDA. يتكون المنصة من محطتين قياسيتين رئيسيتين:

• محطة تصنيف ثنائيات الليزر:هذه المحطة تكتسب معايير أساسية بما في ذلك الطاقة وطول الموجة وعرض الخط والكفاءة.كما أنه يؤدي القياسات المتخصصة مثل تحديد الملفات الحرارية من الديودات الليزرتحليل جودة شعاع الحقل القريب والحقل البعيد، والقياسات الطيفية عالية الدقة.
• محطة اختبار مدى الحياة:يمكن لهذه المنشأة الآلية قياس ثمانية LDAs في وقت واحد باستخدام أجهزة موحدة لتحليل مقارن دقيق. يحدد النظام تلقائيًا معايير التشغيل،يجمع ويحفظ البيانات، ويقوم بإبلاغ الشذوذ، ويقوم بتوليد تنبيهات عند الضرورة.

لتعزيز عمر LDA وكفاءته ، تم تطوير حزمة مصممة خصيصًا تتضمن ستة أشرطة مصدر 100W.تستخدم هذه الـ LDA التجريبية قواعد الماس ومنتشرات الحرارة بدلاً من قواعد BeO التقليدية ومنتشرات الحرارة النحاسية، تحسين كبير في تبديد الحرارة من المنطقة النشطة.

تم تقييم الأداء الحراري عن طريق تشغيل المصفوفة عند 80A ثابتة وتكرار معدل 10 هرتز مع قياس طول الموجة الخارجي والكفاءة الكهربائية البصرية عبر أوسع النبضات المختلفة.أظهر التحليل المقارن أن الحزمة المعتمدة على الماس أظهرت مقاومة حرارية أقل، مما يشير إلى تفريغ الحرارة المتفوق الذي يمكن أن يطيل عمر التشغيل بشكل كبير.

لا تزال مجموعات ثنائيات الليزر عالية الطاقة مكونات حاسمة لليزر المتماسك الصلب الحالة 2 ميكرون ، حيث يؤثر أداؤها بشكل مباشر على قدرات النظام العامة.تركز الأبحاث الجارية على تحسين تصميمات الحزم، وتحسين المواد الحرارية، واستكشاف هياكل جديدة للديودات الليزر لتلبية المتطلبات الصعبة لتطبيقات الليدار المتقدمة.

من خلال الابتكار المستمر، يهدف الباحثون إلى التغلب على القيود الحالية،تمكين الانتشار الواسع لليزر المتماسك للحالة الصلبة من 2 ميكرون في التطبيقات الحرجة بما في ذلك رسم خرائط حقل الرياح في الفضاء ومراقبة الغلاف الجوي.