เทคโนโลยีการรวมใยแก้วนำแสงช่วยเพิ่มกำลังและความสว่างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สีน้ำเงิน

เทคโนโลยีการรวมกลุ่มไฟเบอร์ช่วยเพิ่มกำลังและความสว่างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สีน้ำเงิน

การปรับรูปร่างลำแสงโดยใช้ความยาวคลื่นเดียวกันหรือใกล้เคียงกันเลเซอร์หน่วยนี้เป็นพื้นฐานของการรวมลำแสงเลเซอร์หลายลำที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ในบรรดาวิธีการเหล่านั้น การรวมลำแสงเชิงพื้นที่คือการซ้อนลำแสงเลเซอร์หลายลำในพื้นที่เพื่อเพิ่มกำลัง แต่ก็อาจทำให้คุณภาพของลำแสงลดลงได้ โดยใช้คุณลักษณะการโพลาไรซ์เชิงเส้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังของลำแสงสองลำที่มีทิศทางการสั่นตั้งฉากกันสามารถเพิ่มขึ้นได้เกือบสองเท่า ในขณะที่คุณภาพของลำแสงยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เครื่องรวมใยแก้วนำแสง (Fiber bundler) เป็นอุปกรณ์ใยแก้วนำแสงที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของกลุ่มใยแก้วนำแสงแบบหลอมรวมเรียว (Taper Fused Fiber Bundle: TFB) โดยการลอกชั้นเคลือบของกลุ่มใยแก้วนำแสงออก แล้วจัดเรียงเข้าด้วยกันในลักษณะที่กำหนด จากนั้นให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อหลอมละลาย ในขณะที่ยืดกลุ่มใยแก้วนำแสงไปในทิศทางตรงกันข้าม บริเวณที่ได้รับความร้อนของใยแก้วนำแสงจะหลอมละลายกลายเป็นกลุ่มใยแก้วนำแสงรูปกรวย หลังจากตัดส่วนที่แคบที่สุดของกรวยออกแล้ว ให้เชื่อมปลายด้านออกของกรวยเข้ากับใยแก้วนำแสงอีกเส้นหนึ่ง เทคโนโลยีการรวมใยแก้วนำแสงสามารถรวมกลุ่มใยแก้วนำแสงแต่ละกลุ่มเข้าด้วยกันเป็นกลุ่มที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ทำให้สามารถส่งกำลังแสงได้สูงขึ้น ภาพที่ 1 เป็นแผนภาพแสดงการทำงานของเครื่องรวมใยแก้วนำแสงเลเซอร์สีน้ำเงินเทคโนโลยีเส้นใย

เทคนิคการรวมลำแสงสเปกตรัมใช้ตัวกระจายแสงแบบชิปเดี่ยวเพื่อรวมลำแสงเลเซอร์หลายลำพร้อมกัน โดยมีช่วงความยาวคลื่นแคบถึง 0.1 นาโนเมตร ลำแสงเลเซอร์หลายลำที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะตกกระทบตัวกระจายแสงในมุมที่ต่างกัน ซ้อนทับกันที่ตัวกระจายแสง จากนั้นจะเกิดการเลี้ยวเบนและส่งออกในทิศทางเดียวกันภายใต้การทำงานของการกระจายแสง ทำให้ลำแสงเลเซอร์ที่รวมกันซ้อนทับกันทั้งในระยะใกล้และระยะไกล กำลังของลำแสงเท่ากับผลรวมของลำแสงแต่ละลำ และคุณภาพของลำแสงสม่ำเสมอ เพื่อให้สามารถรวมลำแสงสเปกตรัมในช่วงแคบได้ มักใช้ตะแกรงเลี้ยวเบนที่มีการกระจายแสงสูงเป็นองค์ประกอบในการรวมลำแสง หรือใช้ตะแกรงบนพื้นผิวร่วมกับโหมดการป้อนกลับของกระจกภายนอก โดยไม่ต้องควบคุมสเปกตรัมของลำแสงเลเซอร์แต่ละลำอย่างอิสระ ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากและต้นทุน

เลเซอร์สีน้ำเงินและแหล่งกำเนิดแสงแบบผสมผสานกับเลเซอร์อินฟราเรดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการเชื่อมโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและความเสถียรของกระบวนการผลิต อัตราการดูดซับของเลเซอร์สีน้ำเงินสำหรับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กเพิ่มขึ้นหลายเท่าถึงหลายสิบเท่าเมื่อเทียบกับเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรด และยังช่วยปรับปรุงคุณภาพของไทเทเนียม นิกเกล เหล็ก และโลหะอื่นๆ ได้ในระดับหนึ่ง เลเซอร์สีน้ำเงินกำลังสูงจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของการผลิตด้วยเลเซอร์ และการปรับปรุงความสว่างและการลดต้นทุนเป็นแนวโน้มการพัฒนาในอนาคต การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ การเคลือบ และการเชื่อมโลหะที่ไม่ใช่เหล็กจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น

ในขั้นตอนที่ความสว่างของแสงสีน้ำเงินยังต่ำและต้นทุนสูง แหล่งกำเนิดแสงแบบผสมผสานระหว่างเลเซอร์สีน้ำเงินและเลเซอร์อินฟราเรดใกล้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของแหล่งกำเนิดแสงที่มีอยู่และความเสถียรของกระบวนการผลิตได้อย่างมีนัยสำคัญ ภายใต้เงื่อนไขของต้นทุนที่ควบคุมได้ การพัฒนาเทคโนโลยีการรวมลำแสงสเปกตรัม การแก้ปัญหาทางวิศวกรรม และการรวมเทคโนโลยีหน่วยเลเซอร์ความสว่างสูงเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สีน้ำเงินความสว่างสูงระดับกิโลวัตต์ และการสำรวจเทคโนโลยีการรวมลำแสงใหม่ๆ นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ด้วยกำลังและความสว่างของเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้น ไม่ว่าจะเป็นแหล่งกำเนิดแสงโดยตรงหรือโดยอ้อม เลเซอร์สีน้ำเงินจะมีบทบาทสำคัญในด้านการป้องกันประเทศและอุตสาหกรรม