Istnieje kilka czynników, które należy rozważyć przed użyciem lasera diodowego. Do czynników tych należą: Niska moc wyjściowa, Zagrożenie pożarowe, Astygmatyzm i Chłodzenie kriogeniczne. Przed użyciem lasera diodowego najlepiej jest zasięgnąć porady specjalisty. Czynniki te zostały omówione w tym artykule.
Astygmatyzm
Astygmatyzm jest właściwością optyczną dotyczącą wielu laserów diodowych. Właściwość ta jest spowodowana niemożnością kolimacji dwóch równoległych kierunków w tym samym czasie. Najczęściej obserwuje się ją w laserach z układem wzmocnienia, ale astygmatyzm występuje również w laserach z układem indeksowym.
Jednomodowe lasery diodowe, dobrze znane źródło światła, mają kilka wad, w tym astygmatyzm i duże tolerancje produkcyjne. Opracowano kilka metod kompensacji dla laserów jednomodowych, w tym pryzmaty anamorficzne, teleskopy cylindryczne i zmienne ekspandery wiązki. Najnowsze podejście obejmuje tablice mikrosoczewek z chiralną ogniskową. Konstrukcja pozwala na kompensację tolerancji rozbieżności, kolimację i kompensację astygmatyzmu.
Większość badań dotyczących biometrycznych komponentów ROP koncentrowała się na niemowlętach i małych dzieciach. Nie jest jednak jasne, czy astygmatyzm będzie się utrzymywał u dzieci wraz z wiekiem. W Azji przeprowadzono niewiele badań badających długoterminowe efekty biometrycznych komponentów optycznych u dzieci w wieku szkolnym z progowym ROP. Celem tego badania było ustalenie, czy astygmatyzm poprawi się czy pogorszy u dzieci z progowym ROP. Wyniki porównano z wynikami uzyskanymi u pełnoletnich dzieci z grupy kontrolnej.
Modelowanie diod laserowych w oprogramowaniu FRED jest bardzo elastyczne. Podstawowy model obejmuje gaussowski tryb TEM0,0, ale zaawansowane modele mogą również uwzględniać astygmatyzm w przesunięciu pasa wiązki i dywergencji. Ponadto, współczynnik M2 w specyfikacji lasera pozwala na projektowanie arbitralnych laserów o trybie mieszanym poprzez koherentne łączenie gaussowskich trybów TEM.
Niska moc wyjściowa
Prosty laser diodowy wykorzystuje parę elektronów i dziur do produkcji światła. Struktura ta ma kilka wad, w tym wysokie zapotrzebowanie na moc i pracę impulsową, która może uszkodzić urządzenie. Aby przezwyciężyć te problemy, lasery o podwójnej heterostrukturze wykorzystują materiał o niskiej szerokości pasma umieszczony pomiędzy dwoma warstwami o wysokiej szerokości pasma. Najczęściej spotykaną parą jest arsenek galu i arsenek galu z aluminium. Inny typ lasera diodowego wykorzystuje układ diod w jednym układzie laserowym, zwany laserem homojunction.
Stosowanie dobrze wyregulowanego zasilacza jest ważne dla bezpieczeństwa i niezawodności. Bez odpowiedniego rozpraszania ciepła, w urządzeniu może dojść do przeskoku trybu i zmiany długości fali. Może to spowodować utratę wydajności urządzenia. Aby przeciwdziałać tym problemom, stosuje się obwód regulatora mocy. Układ regulatora próbuje skompensować rosnącą temperaturę poprzez zwiększenie prądu lasera, aby utrzymać pożądaną moc wyjściową.
Jednym ze sposobów poprawy jasności laserów diodowych jest zwiększenie ich optycznej mocy wyjściowej. Można to osiągnąć poprzez zmniejszenie współczynnika M2 lub zastosowanie wąskiego emitera. Dodatkowo urządzenie powinno obsługiwać jeden tryb przestrzenny w kierunku poprzecznym i bocznym. Diody dużej mocy zazwyczaj obsługują pojedyncze tryby.
Lasery diodowe są stosowane w ocenie małej mocy, laserowej spektrometrii absorpcyjnej oraz w przemysłowych aplikacjach spawalniczych. Są one również używane do pompowania innych laserów.
Zagrożenie pożarowe
Jednym z największych problemów dotyczących bezpieczeństwa laserów jest możliwość powstania pożaru. Wytyczne dotyczące bezpieczeństwa laserów wymagają od użytkowników laserów oceny wielu czynników, które mogą przyczynić się do powstania zagrożenia pożarowego. Obejmują one obecność materiałów łatwopalnych w obszarze docelowym, ochronę oczu, kontrolowany dostęp oraz zarządzanie smugami.
Narażenie na bezpośrednią wiązkę lasera zwiększa zagrożenie. Jest to szczególnie prawdziwe, jeżeli osoba wpatruje się bezpośrednio w wiązkę bez użycia pomocy optycznych. Ponadto ekspozycja na wiązkę odbitą może stanowić zagrożenie pożarowe. Zagrożenie to może również prowadzić do poważnych oparzeń lub uszkodzenia skóry.
Zagrożenie dotyczy najczęściej dłoni, ramion i głowy. Wiązki laserowe o wystarczającej intensywności mogą powodować oparzenia termiczne, uszkodzenia fotochemiczne i zmiany akustyczne. Z tego powodu sprzęt do zabezpieczania lasera powinien być umieszczony w taki sposób, aby wiązka lasera była wolna od materiałów łatwopalnych i przeszkód.
Program bezpieczeństwa lasera musi również obejmować kontrole administracyjne. Obejmuje to zasady, dzienniki procedur oraz listy kontrolne ustawień bezpieczeństwa. Powinien również obejmować weryfikację edukacji i szkoleń całego personelu. Te procedury bezpieczeństwa powinny być przestrzegane przez wszystkich użytkowników lasera. Specjalista ds. bezpieczeństwa lasera powinien nadzorować program i zapewniać zgodność z wytycznymi OSHA.
Chłodzenie kriogeniczne
Chłodzenie kriogeniczne lasera diodowego to proces obniżania temperatury złączy lasera diodowego do poziomu zbliżonego do temperatury otoczenia. Zwiększa to wydajność operacyjną lasera i może zapewnić wyższą wydajność optyczną dla danego poziomu mocy. Kriogeniczne układy chłodzenia mogą również odzyskiwać część chłodziwa do wykorzystania jako źródło paliwa dla układu ogniw paliwowych 16. Ogniwa paliwowe mogą zaspokajać całe zapotrzebowanie na energię układu lasera diodowego dużej mocy.
Kriogeniczne chłodzenie laserów diodowych jest skutecznym sposobem poprawy wydajności diod laserowych i innych materiałów laserowych. Przykładem tego jest laser Ti:Al2O3 (Ti szafir). Materiał ten ma wartość komercyjną i naukową, ponieważ może być wykorzystany do generowania wiązki o dużej mocy z wysoką wydajnością.
Kriogeniczne chłodzenie lasera diodowego polega na kierowaniu ciekłego gazu (metanu) przez chłodzony zbiornik. Komory pomp mogą być również wyposażone w kanały chłodzące, które są osadzone w radiatorach. Zmniejsza to złożoność komory pompy i obniża koszt układu chłodzenia.
Kriogeniczne chłodzenie lasera diodowego może być realizowane za pomocą dedykowanego układu lub dynamicznego urządzenia chłodzącego. To ostatnie wykorzystuje impulsowy strumień kriogenu do chłodzenia urządzenia. Jest ono zazwyczaj sterowane elektronicznie. Dzięki tej metodzie uzyskuje się precyzyjne, powtarzalne chłodzenie i selektywność przestrzenną.
Uszkodzenia
Uszkodzenia tkanek miękkich podczas operacji z użyciem lasera diodowego zostały powiązane z kilkoma czynnikami, w tym z prędkością cięcia, oraz ustawieniem mocy. W jednym z badań wycięto 108 próbek wątroby bydlęcej za pomocą lasera diodowego i poddano je ocenie histologicznej. Prędkość cięcia i ustawienia mocy były skorelowane z głębokością i szerokością nacięcia, a także z obszarem i głębokością karbonizacji i martwicy.
Uszkodzenia spowodowane przez laser diodowy są w dużym stopniu ograniczone, w porównaniu z innymi typami laserów. W zastosowaniach klinicznych energia lasera jest ograniczona, tak aby zapobiec ubocznym uszkodzeniom tkanek. Jednak takie podejście może stwarzać pewne problemy w przypadku powtarzalnych zmian, ze względu na heterogeniczność poszczególnych komórek.
Stosowanie sprzętu i procedur ochronnych jest niezbędne dla zapewnienia bezpieczeństwa pacjenta i personelu. Okulary do lasera diodowego są niezbędne dla personelu medycznego w celu ochrony oczu przed przypadkową ekspozycją na energię lasera. Bez odpowiedniego sprzętu ochronnego przypadkowe narażenie na działanie lasera diodowego może spowodować utratę wzroku. Ponadto promieniowanie może się z czasem kumulować, prowadząc do trwałego uszkodzenia oka.
Innym zagrożeniem związanym z laserem diodowym jest uszkodzenie tkanek miękkich otaczających struktury. Lasery o długości fali 800 nm i wyższej mogą przenikać do głębokich tkanek, powodując znaczną ilość ubocznych uszkodzeń termicznych. Ponadto promieniowanie laserowe może uszkodzić implanty stomatologiczne.
Żywotność
Żywotność lasera diodowego zależy od kilku czynników. Zazwyczaj wynosi ona od 25 000 do 50 000 godzin, choć niektóre diody laserowe mają dłuższą żywotność. Szeroki zakres źródeł degradacji może wpłynąć na żywotność diody, w tym dyslokacje w regionie wewnętrznym, dyfuzja metalu, reakcje stopu, niestabilność lutu i defekty.
Struktura lasera diodowego została przedstawiona na rysunku 5. Składa się on z cienkiej warstwy aktywnej z InGaAsP o przerwie pasmowej 1300 nm. Warstwa okładzinowa wykonana jest z materiału o dużej przerwie pasmowej, ale niskim współczynniku załamania światła.
Żywotność lasera diodowego zależy od jego zastosowania i niezawodności. W procesie projektowania należy uwzględnić mechanizmy awarii. Nadmierna temperatura może uszkodzić diodę i znacznie skrócić jej żywotność. Aby zmaksymalizować żywotność lasera diodowego, należy unikać jego nagrzewania.
Ważny jest również prąd roboczy lasera diodowego. Specyfikacja prądu roboczego jest dobrą wskazówką, ale różni się w zależności od diody. Ponadto specyfikacja prądu maksymalnego odnosi się tylko do maksymalnej mocy wyjściowej, a nie do maksymalnego prądu, jaki można zastosować w diodzie laserowej.
Oprócz długości fali, opakowanie diody jest również ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę. Różne metody pakowania mają swoje zalety i wady. Istnieje kilka rodzajów opakowań diod, w tym butterfly, submount i C-mount. Właściwe opakowanie powinno zależeć od typu diody laserowej, dlatego nie należy obawiać się badania różnych opcji.
Podobne tematy