{"id":4231,"date":"2026-01-23T14:05:11","date_gmt":"2026-01-23T06:05:11","guid":{"rendered":"https:\/\/laserdiode-ld.com\/?p=4231"},"modified":"2026-01-23T14:12:39","modified_gmt":"2026-01-23T06:12:39","slug":"modulo-laser-de-diodo-acoplado-a-fibra-de-alta-potencia-e-comprimento-de-onda-multiplo-engenharia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/laserdiode-ld.com\/pt\/modulo-de-laser-de-diodo-acoplado-a-fibra-de-alta-potencia-e-comprimento-de-onda-multiplo-engenharia-html","title":{"rendered":"Engenharia do m\u00f3dulo laser de d\u00edodo acoplado a fibra de alta pot\u00eancia e comprimento de onda m\u00faltiplo"},"content":{"rendered":"

A Arquitetura da Fot\u00f3nica Integrada: Para al\u00e9m da emiss\u00e3o de um \u00fanico comprimento de onda<\/h2>\n\n\n\n

A transi\u00e7\u00e3o de componentes de emissor \u00fanico para componentes integrados m\u00f3dulo laser de d\u00edodo de alta pot\u00eancia<\/strong> representa a evolu\u00e7\u00e3o natural da engenharia fot\u00f3nica. No atual panorama industrial e m\u00e9dico, a procura de uma \u00fanica sa\u00edda \u00f3tica que forne\u00e7a v\u00e1rios comprimentos de onda discretos j\u00e1 n\u00e3o \u00e9 um luxo - \u00e9 uma necessidade funcional. Quer se trate de bombagem de laser de fibra em v\u00e1rias fases ou de procedimentos dermatol\u00f3gicos complexos que requerem 808nm, 940nm e 1064nm em simult\u00e2neo, o m\u00f3dulo laser multi-comprimento de onda<\/strong> serve de motor principal para sistemas de elevado desempenho.<\/p>\n\n\n\n

Do ponto de vista da f\u00edsica, o desafio de criar um sistema integrado de alta pot\u00eancia reside na conserva\u00e7\u00e3o do brilho. De acordo com a segunda lei da termodin\u00e2mica, o brilho de um feixe laser (radi\u00e2ncia) n\u00e3o pode ser aumentado por elementos \u00f3pticos passivos. Por conseguinte, quando combinamos v\u00e1rios d\u00edodos laser num \u00fanico acoplado a fibra laser de d\u00edodo<\/a> sistema<\/strong>, Para que isso aconte\u00e7a, cada superf\u00edcie \u00f3tica e elemento de combina\u00e7\u00e3o deve ser concebido para minimizar as perdas no produto de par\u00e2metro de feixe (BPP). Para o conseguir, os engenheiros t\u00eam de dominar a intera\u00e7\u00e3o entre a combina\u00e7\u00e3o de feixes espectrais, o empilhamento espacial e a gest\u00e3o da intera\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica dentro de um inv\u00f3lucro herm\u00e9tico.<\/p>\n\n\n\n

Princ\u00edpios da combina\u00e7\u00e3o de feixes: Estrat\u00e9gias espectrais e espaciais<\/h2>\n\n\n\n

Para lan\u00e7ar a luz de v\u00e1rios chips semicondutores numa \u00fanica fibra \u00f3tica, temos de utilizar os graus de liberdade fornecidos pelos fot\u00f5es: a sua posi\u00e7\u00e3o espacial, o seu comprimento de onda e o seu estado de polariza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

Combina\u00e7\u00e3o de feixes espectrais (SBC) e filtros de pel\u00edcula fina<\/h3>\n\n\n\n

Em um multi-comprimento de onda m\u00f3dulo laser<\/a><\/strong>, A combina\u00e7\u00e3o espetral \u00e9 o m\u00e9todo mais eficiente para aumentar a pot\u00eancia sem degradar a qualidade do feixe. Esta t\u00e9cnica baseia-se na utiliza\u00e7\u00e3o de filtros de pel\u00edcula fina (TFFs) ou espelhos dicr\u00f3icos de elevado desempenho. Estes filtros s\u00e3o concebidos com camadas alternadas de materiais diel\u00e9ctricos de alto e baixo \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o (como $TiO_2$ e $SiO_2$).<\/p>\n\n\n\n

Por exemplo, para combinar um feixe de 808 nm e um feixe de 980 nm, \u00e9 colocado um TFF num \u00e2ngulo de 45 graus. O filtro \u00e9 concebido para ser altamente refletor a 808 nm e altamente transmissivo a 980 nm. A precis\u00e3o do revestimento diel\u00e9trico \u00e9 primordial; qualquer \u201condula\u00e7\u00e3o\u201d no espetro de transmiss\u00e3o ou mudan\u00e7a no comprimento de onda \u201climite\u201d devido a altera\u00e7\u00f5es de temperatura resultar\u00e1 numa perda catastr\u00f3fica de energia e na gera\u00e7\u00e3o de calor nos deflectores internos do m\u00f3dulo.<\/p>\n\n\n\n

Combina\u00e7\u00e3o de polariza\u00e7\u00e3o e empilhamento de feixes<\/h3>\n\n\n\n

Quando \u00e9 necess\u00e1rio combinar v\u00e1rios emissores com o mesmo comprimento de onda, recorremos \u00e0 polariza\u00e7\u00e3o. Utilizando um Combinador de Feixes de Polariza\u00e7\u00e3o (PBC), dois feixes com estados de polariza\u00e7\u00e3o ortogonais (P-polarizado e S-polarizado) s\u00e3o fundidos. Isto duplica efetivamente a pot\u00eancia na fibra sem aumentar a abertura num\u00e9rica (NA) da sa\u00edda. No entanto, este m\u00e9todo est\u00e1 limitado a dois emissores por comprimento de onda. Para aumentar a escala, \u00e9 utilizado o \u201cempilhamento\u201d ou \u201cmultiplexagem\u201d espacial, em que os emissores s\u00e3o colocados a diferentes alturas e os seus feixes s\u00e3o reflectidos num caminho comum utilizando matrizes de microprismas.<\/p>\n\n\n\n

Engenharia T\u00e9rmica: O desafio da integra\u00e7\u00e3o densa<\/h2>\n\n\n\n

O principal modo de falha de um m\u00f3dulo laser de d\u00edodo de alta pot\u00eancia<\/strong> \u00e9 a satura\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica. Quando dez ou mais chips laser de alta pot\u00eancia s\u00e3o colocados num volume do tamanho de uma caixa de f\u00f3sforos, a densidade de calor excede a do n\u00facleo de um reator nuclear. A gest\u00e3o t\u00e9rmica nestes sistemas \u00e9 um problema de v\u00e1rias escalas.<\/p>\n\n\n\n

Cruzamento t\u00e9rmico interno<\/h3>\n\n\n\n

O \u201ccross-talk\u201d t\u00e9rmico ocorre quando o calor residual do \u201cEmissor A\u201d aumenta a temperatura da jun\u00e7\u00e3o do \"Emissor B\". Num sistema laser de d\u00edodo acoplado a fibra<\/strong>, Se o chip de 808 nm aquecer o chip de 940 nm, este facto \u00e9 particularmente perigoso porque o comprimento de onda depende da temperatura. Se o chip de 808 nm aquecer o chip de 940 nm, o comprimento de onda de 940 nm deslocar-se-\u00e1, podendo sair da janela de transmiss\u00e3o da \u00f3tica de combina\u00e7\u00e3o interna.<\/p>\n\n\n\n

Para atenuar este fen\u00f3meno, os m\u00f3dulos profissionais utilizam suportes de alta condutividade t\u00e9rmica (frequentemente nitreto de alum\u00ednio ou \u00f3xido de ber\u00edlio) e placas de base \u201cMacro-canal\u201d ou \u201cMicro-canal\u201d. A escolha do material de interface t\u00e9rmica (TIM) entre o suporte e o ch\u00e3o do m\u00f3dulo \u00e9 a diferen\u00e7a entre uma sa\u00edda est\u00e1vel de 300 W e um sistema que \u201cafunda\u201d em pot\u00eancia ap\u00f3s apenas 60 segundos de funcionamento.<\/p>\n\n\n\n

Incompatibilidade CTE e estabilidade de alinhamento<\/h3>\n\n\n\n

Todos os componentes \u00f3pticos do m\u00f3dulo - o colimador de eixo r\u00e1pido (FAC), o colimador de eixo lento (SAC) e as lentes de focagem - t\u00eam de permanecer est\u00e1veis com uma precis\u00e3o de 100 nan\u00f3metros. Uma vez que o inv\u00f3lucro do m\u00f3dulo (normalmente Kovar ou a\u00e7o inoxid\u00e1vel) e o banco \u00f3tico (normalmente cobre isento de oxig\u00e9nio) t\u00eam coeficientes de expans\u00e3o t\u00e9rmica (CTE) diferentes, o ciclo de temperatura pode causar \u201cflu\u00eancia \u00f3tica\u201d. Um fabricante de alta qualidade resolve este problema utilizando subconjuntos com \u201cCTE correspondente\u201d e t\u00e9cnicas de liga\u00e7\u00e3o inorg\u00e2nicas como a soldadura a laser ou a soldadura eut\u00e9ctica em vez de ep\u00f3xis curados por UV.<\/p>\n\n\n\n

A l\u00f3gica de engenharia do custo total: Porque \u00e9 que o \u201cValor dos Componentes\u201d ultrapassa o \u201cPre\u00e7o Unit\u00e1rio\u201d<\/h2>\n\n\n\n

No contexto do m\u00f3dulo laser de d\u00edodo de alta pot\u00eancia<\/strong>, O pre\u00e7o de compra \u00e9 frequentemente a parte menos significativa da equa\u00e7\u00e3o econ\u00f3mica. O verdadeiro custo de um motor \u00f3tico \u00e9 percebido durante o seu terceiro ou quarto ano de funcionamento no terreno.<\/p>\n\n\n\n

Considerar um laser m\u00e9dico utilizado para les\u00f5es vasculares. Se a les\u00e3o interna m\u00f3dulo laser multi-comprimento de onda<\/strong> Se o sistema de alinhamento baseado em adesivos de baixo custo for utilizado, as diferentes taxas de expans\u00e3o dos adesivos acabar\u00e3o por fazer com que os feixes de 1064 nm e 808 nm se \u201cdesacoplam\u201d da fibra. Isto n\u00e3o se limita a reduzir a pot\u00eancia; altera a propor\u00e7\u00e3o dos comprimentos de onda que atingem a pele do doente, tornando o procedimento m\u00e9dico ineficaz ou perigoso. O custo de substitui\u00e7\u00e3o do m\u00f3dulo, incluindo a m\u00e3o de obra de um engenheiro de servi\u00e7o no terreno e a perda de receitas da cl\u00ednica, pode facilmente atingir cinco vezes a diferen\u00e7a de pre\u00e7o inicial de um m\u00f3dulo soldado a laser de engenharia de topo.<\/p>\n\n\n\n

Estudo de caso: Motor de laser cir\u00fargico de comprimento de onda triplo<\/h2>\n\n\n\n

Antecedentes do cliente:<\/p>\n\n\n\n

Um fabricante de equipamento cir\u00fargico minimamente invasivo para abla\u00e7\u00e3o por laser endovenoso (EVLA). O sistema exigia uma combina\u00e7\u00e3o de 980 nm (para absor\u00e7\u00e3o de \u00e1gua), 1470 nm (para redu\u00e7\u00e3o do colag\u00e9nio) e 635 nm (como feixe de mira vermelho).<\/p>\n\n\n\n

Desafios t\u00e9cnicos:<\/p>\n\n\n\n

O cliente estava a ter problemas com o \u201cderretimento da fibra\u201d na interface do conetor. O m\u00f3dulo do fornecedor anterior tinha um problema de elevada \u201cpot\u00eancia de revestimento\u201d, em que a luz do d\u00edodo de 1470 nm n\u00e3o estava a ser corretamente focada no n\u00facleo da fibra, vazando para o revestimento e queimando o revestimento de pol\u00edmero.<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Requisito:<\/strong> 30W a 980nm, 15W a 1470nm e 100mW a 635nm numa \u00fanica fibra de 200um.<\/li>\n\n\n\n
  • Estabilidade:<\/strong> <2% de varia\u00e7\u00e3o de pot\u00eancia durante 1 hora de utiliza\u00e7\u00e3o cir\u00fargica cont\u00ednua.<\/li>\n\n\n\n
  • Tamanho:<\/strong> Deve caber num chassis standard de 1U para montagem em bastidor.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Par\u00e2metros t\u00e9cnicos e configura\u00e7\u00e3o:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      \n
    • M\u00f3dulo:<\/strong> Personalizado m\u00f3dulo laser multi-comprimento de onda<\/strong> utilizando um banco \u00f3tico partilhado.<\/li>\n\n\n\n
    • F\u00edsica de acoplamento:<\/strong> Utilizou uma lente de focagem asf\u00e9rica \u201ctri-plexer\u201d personalizada para lidar com a aberra\u00e7\u00e3o crom\u00e1tica entre 635nm e 1470nm.<\/li>\n\n\n\n
    • Prote\u00e7\u00e3o:<\/strong> Integrou um filtro de entalhe de 1064 nm para evitar que as retro-reflex\u00f5es do local da cirurgia (que utiliza frequentemente lasers Nd:YAG secund\u00e1rios) danifiquem a faceta do d\u00edodo de 980 nm.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Solu\u00e7\u00e3o de Controlo de Qualidade (CQ):<\/p>\n\n\n\n

      Implement\u00e1mos um teste de \u201cEstabilidade do centro de feixe\u201d. O m\u00f3dulo foi submetido a 50 ciclos t\u00e9rmicos de 15\u00b0C a 45\u00b0C, e a posi\u00e7\u00e3o do feixe na faceta da fibra foi monitorizada utilizando uma c\u00e2mara de alta resolu\u00e7\u00e3o. Qualquer deslocamento superior a 2um resultou numa rejei\u00e7\u00e3o. Tamb\u00e9m efectu\u00e1mos uma \u201cAn\u00e1lise da pot\u00eancia do revestimento\u201d para garantir que >98% da luz estava confinada dentro do n\u00facleo de 200um.<\/p>\n\n\n\n

      Conclus\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n

      Ao implementar uma lente de corre\u00e7\u00e3o crom\u00e1tica especializada e uma estrat\u00e9gia de montagem inorg\u00e2nica, o problema da \u201cfus\u00e3o da fibra\u201d foi completamente eliminado. A fiabilidade do sistema cir\u00fargico aumentou de uma taxa de falha de campo de 5% para 0,1% durante o primeiro ano. O sistema integrado de laser de d\u00edodo acoplado a fibra tamb\u00e9m permitiu ao cliente reduzir o espa\u00e7o ocupado pelo dispositivo em 40%, uma vez que j\u00e1 n\u00e3o necessitava de tr\u00eas fontes de alimenta\u00e7\u00e3o separadas e tr\u00eas trajectos de fibra separados.<\/p>\n\n\n\n

      Suporte de dados: Compara\u00e7\u00e3o de desempenho de m\u00f3dulos de comprimento de onda m\u00faltiplo<\/h2>\n\n\n\n

      A tabela seguinte resume os indicadores de desempenho t\u00edpicos de v\u00e1rios sistemas integrados m\u00f3dulo laser de d\u00edodo de alta pot\u00eancia<\/strong> configura\u00e7\u00f5es.<\/p>\n\n\n\n

      Configura\u00e7\u00e3o<\/strong><\/td>Comprimentos de onda (nm)<\/strong><\/td>N\u00facleo da fibra (um)<\/strong><\/td>Pot\u00eancia m\u00e1xima (W)<\/strong><\/td>Efici\u00eancia de acoplamento<\/strong><\/td>Fiabilidade (MTBF)<\/strong><\/td><\/tr><\/thead>
      Dual-IR (Bombagem)<\/strong><\/td>915 + 976<\/td>105<\/td>200 – 400<\/td>> 85%<\/td>100.000 horas<\/td><\/tr>
      Comprimento de onda triplo m\u00e9dico<\/strong><\/td>808 + 940 + 1064<\/td>200<\/td>60 – 120<\/td>> 75%<\/td>20.000 horas<\/td><\/tr>
      RGB industrial<\/strong><\/td>450 + 520 + 638<\/td>105<\/td>5 – 20<\/td>> 65%<\/td>15.000 horas<\/td><\/tr>
      Dete\u00e7\u00e3o de banda larga<\/strong><\/td>1310 + 1550<\/td>9 (SMF)<\/td>0.1 – 0.5<\/td>> 55%<\/td>50.000 horas<\/td><\/tr>
      Combo cir\u00fargico<\/strong><\/td>980 + 1470<\/td>200<\/td>40 – 80<\/td>> 80%<\/td>25.000 horas<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

      FAQ: Engenharia de sistemas laser com v\u00e1rios comprimentos de onda<\/h2>\n\n\n\n

      Q1: Porque \u00e9 que a efici\u00eancia do acoplamento \u00e9 menor nos m\u00f3dulos de v\u00e1rios comprimentos de onda?<\/p>\n\n\n\n

      Num m\u00f3dulo laser com v\u00e1rios comprimentos de onda, a lente de focagem tem de lidar com luz com \u00edndices de refra\u00e7\u00e3o muito diferentes (aberra\u00e7\u00e3o crom\u00e1tica). Uma lente que foca 808 nm na perfei\u00e7\u00e3o ficar\u00e1 ligeiramente desfocada para 1064 nm. Embora os dupletos acrom\u00e1ticos ou asferas especializadas ajudem, existe sempre uma desvantagem em compara\u00e7\u00e3o com um sistema optimizado de comprimento de onda \u00fanico.<\/p>\n\n\n\n

      Q2: Como \u00e9 que se evita que um laser danifique outro dentro do m\u00f3dulo?<\/p>\n\n\n\n

      Utilizamos o \u201cisolamento seletivo do comprimento de onda\u201d. As TFFs utilizadas para a combina\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m actuam como escudos. Por exemplo, o revestimento refletor de 1064nm que reflecte o feixe de 1064nm na fibra tamb\u00e9m impede que qualquer luz dispersa de 808nm entre na cavidade do d\u00edodo de 1064nm.<\/p>\n\n\n\n

      P3: Estes m\u00f3dulos podem ser reparados se um comprimento de onda falhar?<\/p>\n\n\n\n

      Geralmente, os m\u00f3dulos herm\u00e9ticos de alta pot\u00eancia n\u00e3o podem ser reparados no terreno. A abertura do m\u00f3dulo introduz humidade e part\u00edculas que destruiriam imediatamente as restantes facetas do laser durante o funcionamento. A fiabilidade tem de ser concebida \u201cantecipadamente\u201d atrav\u00e9s da redu\u00e7\u00e3o de pot\u00eancia e do fornecimento de semicondutores de qualidade.<\/p>\n\n\n\n

      P4: O que \u00e9 a \u201cconversa cruzada t\u00e9rmica\u201d e como afecta o feixe de mira vermelho?<\/p>\n\n\n\n

      Os d\u00edodos vermelhos (635nm-650nm) s\u00e3o extremamente sens\u00edveis ao calor. Se os chips de 980 nm de alta pot\u00eancia estiverem a funcionar \u00e0 pot\u00eancia m\u00e1xima, o calor que geram pode aumentar a temperatura da placa de base, fazendo com que o d\u00edodo vermelho perca pot\u00eancia ou falhe. \u00c9 por este motivo que os d\u00edodos vermelhos s\u00e3o frequentemente montados na extremidade mais \u201cfria\u201d do banco \u00f3tico.<\/p>\n\n\n\n

      Q5: Qual \u00e9 a vantagem de uma \u201cfibra destac\u00e1vel\u201d num m\u00f3dulo de 100W?<\/p>\n\n\n\n

      Para aplica\u00e7\u00f5es m\u00e9dicas, um conetor SMA905 ou D80 destac\u00e1vel \u00e9 padr\u00e3o. No entanto, isto introduz um risco de \u201ccontamina\u00e7\u00e3o da extremidade\u201d. Se houver um \u00fanico gr\u00e3o de poeira na ponta da fibra, ele absorver\u00e1 os 100W de energia do laser, derreter\u00e1 a fibra e danificar\u00e1 potencialmente a janela de sa\u00edda do m\u00f3dulo de laser de diodo de alta pot\u00eancia. S\u00e3o utilizados sensores integrados (como um NTC perto do conetor) para detetar este calor e desligar o laser.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      The Architecture of Integrated Photonics: Beyond Single-Wavelength Emission The transition from single-emitter components to integrated high power diode laser module systems represents the natural evolution of photonic engineering. In the current industrial and medical landscape, the demand for a single optical output that delivers multiple discrete wavelengths is no longer a luxury\u2014it is a functional […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"themepark_post_bcolor":"#f5f5f5","themepark_post_width":"1022px","themepark_post_img":"","themepark_post_img_po":"left","themepark_post_img_re":false,"themepark_post_img_cover":false,"themepark_post_img_fixed":false,"themepark_post_hide_title":false,"themepark_post_main_b":"","themepark_post_main_p":100,"themepark_paddingblock":false,"footnotes":"","_wpscp_schedule_draft_date":"","_wpscp_schedule_republish_date":"","_wpscppro_advance_schedule":false,"_wpscppro_advance_schedule_date":"","_wpscppro_dont_share_socialmedia":false,"_wpscppro_custom_social_share_image":0,"_facebook_share_type":"","_twitter_share_type":"","_linkedin_share_type":"","_pinterest_share_type":"","_linkedin_share_type_page":"","_instagram_share_type":"","_medium_share_type":"","_threads_share_type":"","_google_business_share_type":"","_selected_social_profile":[],"_wpsp_enable_custom_social_template":false,"_wpsp_social_scheduling":{"enabled":false,"datetime":null,"platforms":[],"status":"template_only","dateOption":"today","timeOption":"now","customDays":"","customHours":"","customDate":"","customTime":"","schedulingType":"absolute"},"_wpsp_active_default_template":true},"categories":[17],"tags":[],"class_list":["post-4231","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-industry-trends"],"metadata":{"_edit_lock":["1769148318:1"],"wpil_sync_report3":["1"],"wpil_links_inbound_internal_count":["0"],"wpil_links_inbound_internal_count_data":["eJxLtDKwqq4FAAZPAf4="],"wpil_links_outbound_internal_count":["2"],"wpil_links_outbound_internal_count_data":["eJzNUk1zwiAU\/CsO99YkarUvf6Fftx4ZBFRGhAy8TOs4+e99QHTUnnrrLTx29+1uENDAyUDVvkO9APbZGctfvdKWvxi3Z1DP4BRhCczSkRvF2gSOMAPWB8voq3kCtkPsIkynVkQdlCH+g1WP0h+mCTEngI+YPuukdA9KFytgxqEOTpDoGupC6zLtl7WPNIZ6nqw1RMyuGqIQDA1azdq3IoDHTrNrrQhkN6LAPhYQGZKeNjss50WJGi8S0fbbciCmtEae71ZZ06DxrgySSx+2whnJMYjNxsgLUSuDPoy4GpiQG36z9xnYQaPgSqBgrYAKTgNBU7zIo\/b8EmzIgsLJXRIscrnOSW6WjU6EUlrx9ZF3FMC41GpVXFsvRXF9G5\/KrMYf\/bUzsdOBy6AF6txvPa4iO6JHn2DXYwos98Zt8xvJ72OxnJ3tHbzqreZnTvKRkuVVef03lvmQBP\/xUwywbO\/rb0adSUn5j\/pv\/t7\/8AOgnk4E"],"wpil_links_outbound_external_count":["0"],"wpil_links_outbound_external_count_data":["eJxLtDKwqq4FAAZPAf4="],"wpil_sync_report2_time":["2026-01-15T07:39:26+00:00"],"_edit_last":["1"],"_aioseo_title":["Multi-Wavelength Fiber Coupled Diode Laser Engineering"],"_aioseo_description":["Technical guide on multi-wavelength high power diode laser modules. 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