Επισκόπηση υψηλής ισχύοςλέιζερ ημιαγωγώνανάπτυξη μέρος πρώτο
Καθώς η απόδοση και η ισχύς συνεχίζουν να βελτιώνονται, οι δίοδοι λέιζερ (οδηγός διόδων λέιζερ) θα συνεχίσει να αντικαθιστά τις παραδοσιακές τεχνολογίες, αλλάζοντας έτσι τον τρόπο κατασκευής των πραγμάτων και επιτρέποντας την ανάπτυξη νέων πραγμάτων. Η κατανόηση των σημαντικών βελτιώσεων στα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος είναι επίσης περιορισμένη. Η μετατροπή ηλεκτρονίων σε λέιζερ μέσω ημιαγωγών αποδείχθηκε για πρώτη φορά το 1962 και ακολούθησε μια μεγάλη ποικιλία συμπληρωματικών εξελίξεων που οδήγησαν σε τεράστιες προόδους στη μετατροπή ηλεκτρονίων σε λέιζερ υψηλής παραγωγικότητας. Αυτές οι εξελίξεις έχουν υποστηρίξει σημαντικές εφαρμογές από την οπτική αποθήκευση έως την οπτική δικτύωση σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών πεδίων.
Μια ανασκόπηση αυτών των εξελίξεων και της σωρευτικής τους προόδου υπογραμμίζει τις δυνατότητες για ακόμη μεγαλύτερο και πιο διαδεδομένο αντίκτυπο σε πολλούς τομείς της οικονομίας. Στην πραγματικότητα, με τη συνεχή βελτίωση των λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος, το πεδίο εφαρμογής τους θα επιταχύνει την επέκταση και θα έχει βαθύ αντίκτυπο στην οικονομική ανάπτυξη.
Σχήμα 1: Σύγκριση της φωτεινότητας και του νόμου του Moore για τα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος
Λέιζερ στερεάς κατάστασης με διοδική αντλία καιλέιζερ οπτικών ινών
Οι πρόοδοι στα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος έχουν επίσης οδηγήσει στην ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ κατάντη, όπου τα λέιζερ ημιαγωγών χρησιμοποιούνται συνήθως για τη διέγερση (άντληση) ντοπαρισμένων κρυστάλλων (λέιζερ στερεάς κατάστασης με διόδο) ή ντοπαρισμένων ινών (λέιζερ ινών).
Παρόλο που τα λέιζερ ημιαγωγών παρέχουν αποτελεσματική, μικρή και χαμηλού κόστους ενέργεια λέιζερ, έχουν επίσης δύο βασικούς περιορισμούς: δεν αποθηκεύουν ενέργεια και η φωτεινότητά τους είναι περιορισμένη. Βασικά, πολλές εφαρμογές απαιτούν δύο χρήσιμα λέιζερ. Το ένα χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε εκπομπή λέιζερ και το άλλο χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της φωτεινότητας αυτής της εκπομπής.
Λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, η χρήση ημιαγωγικών λέιζερ για την άντληση λέιζερ στερεάς κατάστασης άρχισε να κερδίζει σημαντικό εμπορικό ενδιαφέρον. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης με διόδο-άντλησης (DPSSL) μειώνουν δραματικά το μέγεθος και την πολυπλοκότητα των συστημάτων θερμικής διαχείρισης (κυρίως ψύκτες κύκλου) και των μονάδων κέρδους, τα οποία ιστορικά χρησιμοποιούσαν λαμπτήρες τόξου για την άντληση κρυστάλλων λέιζερ στερεάς κατάστασης.
Το μήκος κύματος του ημιαγωγικού λέιζερ επιλέγεται με βάση την επικάλυψη των χαρακτηριστικών φασματικής απορρόφησης με το μέσο κέρδους του στερεάς κατάστασης λέιζερ, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά το θερμικό φορτίο σε σύγκριση με το φάσμα εκπομπής ευρείας ζώνης της λάμπας τόξου. Λαμβάνοντας υπόψη τη δημοτικότητα των λέιζερ με πρόσμιξη νεοδυμίου που εκπέμπουν μήκος κύματος 1064nm, το ημιαγωγικό λέιζερ 808nm έχει γίνει το πιο παραγωγικό προϊόν στην παραγωγή ημιαγωγικών λέιζερ για περισσότερα από 20 χρόνια.
Η βελτιωμένη απόδοση άντλησης διόδων της δεύτερης γενιάς κατέστη δυνατή χάρη στην αυξημένη φωτεινότητα των πολύτροπων ημιαγωγικών λέιζερ και την ικανότητα σταθεροποίησης στενών γραμμών εκπομπής χρησιμοποιώντας χύδην πλέγματα Bragg (VBGS) στα μέσα της δεκαετίας του 2000. Τα ασθενή και στενά χαρακτηριστικά φασματικής απορρόφησης περίπου 880nm έχουν προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον για φασματικά σταθερές διόδους αντλίας υψηλής φωτεινότητας. Αυτά τα λέιζερ υψηλότερης απόδοσης καθιστούν δυνατή την άντληση νεοδυμίου απευθείας στο ανώτερο επίπεδο λέιζερ 4F3/2, μειώνοντας τα κβαντικά ελλείμματα και βελτιώνοντας έτσι την εξαγωγή θεμελιώδους τρόπου λειτουργίας σε υψηλότερη μέση ισχύ, η οποία διαφορετικά θα περιοριζόταν από θερμικούς φακούς.
Στις αρχές της δεύτερης δεκαετίας αυτού του αιώνα, γινόταν μάρτυρες μιας σημαντικής αύξησης ισχύος στα λέιζερ μονής εγκάρσιας λειτουργίας 1064nm, καθώς και στα λέιζερ μετατροπής συχνότητας που λειτουργούν στα ορατά και υπεριώδη μήκη κύματος. Δεδομένης της μεγάλης διάρκειας ζωής ανώτερης ενέργειας των Nd:YAG και Nd:YVO4, αυτές οι λειτουργίες DPSSL με Q-switching παρέχουν υψηλή ενέργεια παλμού και μέγιστη ισχύ, καθιστώντας τες ιδανικές για επεξεργασία υλικών με αφαίρεση και εφαρμογές μικροκατεργασίας υψηλής ακρίβειας.
Ώρα δημοσίευσης: 06 Νοεμβρίου 2023