تعمل تقنية حزم الألياف على تحسين قوة وسطوع ليزر أشباه الموصلات الأزرق

تعمل تقنية حزم الألياف على تحسين قوة وسطوعليزر أشباه الموصلات الأزرق

تشكيل الحزمة باستخدام نفس الطول الموجي أو طول موجي قريب منليزرتُعدّ الوحدة أساسًا لدمج حزم الليزر المتعددة ذات الأطوال الموجية المختلفة. ومن بين هذه التقنيات، يُستخدم دمج الحزم المكانية لتجميع حزم ليزر متعددة في الفضاء لزيادة الطاقة، ولكن قد يؤدي ذلك إلى انخفاض جودة الشعاع. ويتم ذلك باستخدام خاصية الاستقطاب الخطي لـليزر أشباه الموصلاتيمكن زيادة قدرة شعاعين ضوئيين متعامدين في اتجاه الاهتزاز إلى الضعف تقريبًا، مع الحفاظ على جودة الشعاع. مُجمِّع الألياف هو جهاز ألياف مُصنَّع بناءً على مُجمِّع الألياف المُدمجة المخروطية (TFB). تتمثل وظيفته في إزالة طبقة طلاء الألياف الضوئية من حزمة، ثم ترتيبها معًا بطريقة مُحددة، وتسخينها عند درجة حرارة عالية لإذابتها، مع شد حزمة الألياف الضوئية في الاتجاه المُعاكس، فتذوب منطقة تسخين الألياف الضوئية لتُشكِّل حزمة ألياف ضوئية مخروطية مُدمجة. بعد قطع خصر المخروط، يتم دمج طرف خرج المخروط مع ليف الإخراج. تُمكِّن تقنية تجميع الألياف من دمج حزم ألياف فردية متعددة في حزمة ذات قطر كبير، مما يُحقق نقلًا أعلى للطاقة الضوئية. الشكل 1 هو الرسم التخطيطي لـليزر أزرقتقنية الألياف الضوئية.

تعتمد تقنية دمج الحزم الطيفية على عنصر تشتيت أحادي الشريحة لدمج حزم ليزر متعددة بفواصل طول موجي تصل إلى 0.1 نانومتر. تسقط حزم ليزر متعددة بأطوال موجية مختلفة على عنصر التشتيت بزوايا متباينة، فتتداخل عند العنصر، ثم تنحرف وتخرج في نفس الاتجاه بفعل التشتيت. وبذلك، تتداخل حزم الليزر المدمجة في المجالين القريب والبعيد، وتكون قدرتها مساوية لمجموع قدرة الحزم الأصلية، مع الحفاظ على جودة الحزمة. ولتحقيق دمج الحزم الطيفية ذات الفواصل الضيقة، يُستخدم عادةً محزز حيود ذو تشتيت قوي كعنصر دمج، أو محزز سطحي مُدمج مع نمط التغذية الراجعة للمرآة الخارجية، دون الحاجة إلى تحكم مستقل في طيف الليزر الأصلي، مما يُقلل من صعوبة العملية وتكلفتها.

يُستخدم الليزر الأزرق ومصدر الضوء المركب منه مع ليزر الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في مجال لحام المعادن غير الحديدية والتصنيع الإضافي، مما يُحسّن كفاءة تحويل الطاقة واستقرار عملية التصنيع. ويزيد معدل امتصاص الليزر الأزرق للمعادن غير الحديدية عدة مرات إلى عشرات المرات مقارنةً بليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة، كما يُحسّن امتصاص التيتانيوم والنيكل والحديد وغيرها من المعادن إلى حدٍ ما. وستقود الليزرات الزرقاء عالية الطاقة تحولًا في صناعة الليزر، ويُعدّ تحسين السطوع وخفض التكاليف من اتجاهات التطوير المستقبلية. وسيُستخدم الليزر الأزرق على نطاق أوسع في التصنيع الإضافي والتكسية ولحام المعادن غير الحديدية.

في ظل انخفاض سطوع الليزر الأزرق وارتفاع تكلفته، يُمكن لمصدر الضوء المركب من الليزر الأزرق وليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة أن يُحسّن بشكل ملحوظ كفاءة تحويل الطاقة لمصادر الضوء الحالية، ويُعزز استقرار عملية التصنيع، مع الحفاظ على تكلفة قابلة للتحكم. لذا، يُعدّ تطوير تقنية دمج حزم الطيف، وحلّ المشكلات الهندسية، ودمج تقنية وحدات الليزر عالية السطوع، بهدف إنتاج مصدر ليزر أشباه موصلات أزرق عالي السطوع بقدرة كيلوواط، واستكشاف تقنيات جديدة لدمج الحزم، أمراً بالغ الأهمية. ومع ازدياد قدرة الليزر وسطوعه، سواءً كمصدر ضوء مباشر أو غير مباشر، سيُصبح الليزر الأزرق ذا أهمية بالغة في مجالي الدفاع الوطني والصناعة.