什么是直接二极管激光器（Direct Diode Lasers）？

直接二极管激光器介绍

直接二极管激光器（DDL）是一种激光振荡器，它使用棱镜和透镜来集中来自半导体激光器阵列组成的激光二极管（LD）堆栈模块的激光束。这产生了一个高密度的光斑，是激光束加工或加工的理想选择。来自LD堆栈模块的激光束通过使用条纹镜和边缘过滤器进行光学合成，或通过结合偏振和波长进行聚焦，然后通过一些透镜被塑造成非常适合激光束加工或机械加工的光束模式。直接二极管激光器的通常工作波长是915纳米。它们发出的是近红外区域的光。激光二极管的输出可直接用于应用。图1显示了直接二极管激光器的结构。

图1：直接二极管激光器的结构

直接二极管激光器的结构简单，转换效率高。DDL的效率高于Nd:YAG激光器。由于没有增益介质，它们也比传统的光纤激光器更有效率。它们是最小的、最可靠的激光源，具有高质量的光束。这些激光器没有转换损失，它们还能减少电能消耗。这些激光器非常适合于激光焊接和塑料激光焊接应用。

直接二极管激光器是由砷化镓技术制成的，允许波长发射在0.8微米和1微米之间。在许多应用中，直接二极管激光器的输出功率要求更高。功率在100W左右的单个二极管棒并不只是用于这些应用，相反，包含多个二极管棒的二极管棒阵列可以提供1千瓦或几千瓦的功率。通过几个在不同波长下工作的二极管堆，也可以将光谱光束结合起来。通过改进二极管条和二极管堆的设计，以及使用改进的方法和部件将许多激光二极管进行光束组合，高功率激光二极管的辐射率得到了提高。

直接二极管激光器的工作原理

图2：直接二极管激光器的示意图

直接二极管激光器的原理图如图2所示。激光由二极管产生，然后用变形镜聚焦到具有周期性折射率的衍射光栅上。然后光从光栅上被送到一个输出耦合器上。由于它是一个直接的过程，直接二极管激光器的插壁效率在40％至50％之间。这种激光器的激光束与其他任何激光器都不同。直接二极管激光器的波长范围是0.94至0.97微米。在直接二极管激光器中，更多的能量被转化为热量，因此吸收率很高，导致金属切割的速度不可控。

直接二极管激光器的优点

高功率直接二极管激光器的光束质量最初太低，无法直接应用于激光材料加工，如激光焊接。但后来，技术的进步将其光束质量和辐射度提高到了更高的水平，现在许多直接二极管的应用已经成为可能。与其他类型的激光器相比，它们非常紧凑和便宜。直接二极管激光器的功率水平为1500瓦至8000多瓦。这种功率水平以及其他特点，如可靠性、效率和光束质量，现在允许直接二极管激光器用于较厚的材料应用。这些激光器具有高边缘质量，这在光纤技术或圆盘技术中还无法实现。直接二极管激光器也可以发射自由空间的激光束，也可以像固体激光器一样进行光纤耦合。许多应用非常需要通过光纤进行光束传输，只有在光源的光束质量足够高的情况下才能实现。为了利用高效率的光，直接二极管激光器使用了一个简单的光学系统。

直接二极管激光器的局限性

直接二极管激光器中激光束的光斑大小是矩形的，而不是圆形的。因此，它不适合于一些需要圆形光斑的切割应用。光束发散也可能是这些激光器的一个问题，不良的光学器件和不适当的耦合器可能导致光束发散。

直接二极管激光器的应用

高功率直接二极管激光器用于材料加工中的金属切割和焊接，特别是用于焊接薄金属板。激光焊接和钎焊、激光熔覆和一些激光表面处理等应用也可以用直接二极管激光器。它们被用于医疗领域的脱毛。直接二极管激光器还可用于包装和热处理应用。