Επισκόπηση της υψηλής ισχύοςημιαγωγός λέιζερΜέρος ανάπτυξης
Καθώς η απόδοση και η ισχύς συνεχίζουν να βελτιώνονται, διόδους λέιζερ (οδηγός διόδων λέιζερ) θα συνεχίσει να αντικαθιστά τις παραδοσιακές τεχνολογίες, αλλάζοντας έτσι τον τρόπο με τον οποίο γίνονται τα πράγματα και επιτρέποντας την ανάπτυξη νέων πραγμάτων. Η κατανόηση των σημαντικών βελτιώσεων στα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος είναι επίσης περιορισμένη. Η μετατροπή των ηλεκτρονίων σε λέιζερ μέσω ημιαγωγών αποδείχθηκε για πρώτη φορά το 1962 και ακολούθησε μια μεγάλη ποικιλία συμπληρωματικών προόδων που οδήγησαν σε τεράστιες προόδους στη μετατροπή των ηλεκτρόνων σε λέιζερ υψηλής παραγωγικότητας. Αυτές οι προόδους έχουν υποστηρίξει σημαντικές εφαρμογές από την οπτική αποθήκευση σε οπτική δικτύωση σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών πεδίων.
Μια ανασκόπηση αυτών των προόδων και η σωρευτική πρόοδός τους υπογραμμίζει τη δυνατότητα για ακόμη μεγαλύτερες και πιο διαδεδομένες επιπτώσεις σε πολλούς τομείς της οικονομίας. Στην πραγματικότητα, με τη συνεχή βελτίωση των λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος, το πεδίο εφαρμογής του θα επιταχύνει την επέκταση και θα έχει βαθιές επιπτώσεις στην οικονομική ανάπτυξη.
Εικόνα 1: Σύγκριση της φωτεινότητας και του νόμου του Moore για λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος
Λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλίες και διόδους καιλέιζερ ινών
Οι πρόοδοι σε λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος οδήγησαν επίσης στην ανάπτυξη της κατάντη τεχνολογίας λέιζερ, όπου τα λέιζερ ημιαγωγών χρησιμοποιούνται συνήθως για να διεγείρονται κρυστάλλους με προστασία από αντλία (λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλίες).
Αν και τα λέιζερ ημιαγωγών παρέχουν αποτελεσματική, μικρή και χαμηλού κόστους ενέργεια λέιζερ, έχουν επίσης δύο βασικούς περιορισμούς: δεν αποθηκεύουν ενέργεια και η φωτεινότητα 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.
Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλίες.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, η χρήση λέιζερ ημιαγωγών για την αντλία λέιζερ στερεάς κατάστασης άρχισε να αποκτούν σημαντικό εμπορικό ενδιαφέρον. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης (DPSSL) μειώνουν δραματικά το μέγεθος και την πολυπλοκότητα των συστημάτων θερμικής διαχείρισης (κυρίως ψύκτες κύκλου) και των μονάδων κέρδους, οι οποίες ιστορικά χρησιμοποίησαν λαμπτήρες τόξου για να αντλούν κρυστάλλους λέιζερ στερεάς κατάστασης.
Το μήκος κύματος του λέιζερ ημιαγωγού επιλέγεται με βάση την επικάλυψη των χαρακτηριστικών φασματικής απορρόφησης με το μέσο κέρδους του λέιζερ στερεάς κατάστασης, το οποίο μπορεί να μειώσει σημαντικά το θερμικό φορτίο σε σύγκριση με το φάσμα εκπομπής ευρείας ζώνης του λαμπτήρα τόξου. Λαμβάνοντας υπόψη τη δημοτικότητα των λέιζερ με τίτλο Neodymium που εκπέμπουν 1064nm μήκος κύματος, το λέιζερ ημιαγωγού 808NM έχει γίνει το πιο παραγωγικό προϊόν στην παραγωγή λέιζερ ημιαγωγών για περισσότερα από 20 χρόνια.
Η βελτιωμένη απόδοση άντλησης διόδου της δεύτερης γενιάς κατέστη δυνατή με την αυξημένη φωτεινότητα των λέιζερ ημιαγωγών πολλαπλών λειτουργιών και την ικανότητα σταθεροποίησης των στενών γραμμών εκπομπής χρησιμοποιώντας χύμα σχάρες Bragg (VBGs) στα μέσα της δεκαετίας του 2000. Τα αδύναμα και στενά χαρακτηριστικά φασματικής απορρόφησης περίπου 880nm προκάλεσαν μεγάλο ενδιαφέρον για φασματικά σταθερές δίοδοι αντλίας υψηλής φωτεινότητας. Αυτά τα λέιζερ υψηλότερης απόδοσης καθιστούν δυνατή την αντλία νεοδύματος απευθείας στο ανώτερο επίπεδο λέιζερ 4F3/2, μειώνοντας τα κβαντικά ελλείμματα και έτσι βελτιώνοντας την εξαγωγή θεμελιώδους λειτουργίας σε υψηλότερη μέση ισχύ, η οποία διαφορετικά θα περιοριζόταν από τους θερμικούς φακούς.
Μέχρι την αρχική δεύτερη δεκαετία αυτού του αιώνα, παρατηρήσαμε σημαντική αύξηση ισχύος στα λέιζερ 1064NM, καθώς και τα λέιζερ μετατροπής συχνότητας που λειτουργούν στα ορατά και υπεριώδη μήκη κύματος. Δεδομένης της μακράς διάρκειας ζωής της ανώτερης ενέργειας των ND: YAG και ND: YVO4, αυτές οι λειτουργίες μεταγωγής DPSSL Q-switching παρέχουν υψηλή παλμική ενέργεια και μέγιστη ισχύ, καθιστώντας τους ιδανικές για επεξεργασία με αφαιρετικό υλικό και εφαρμογές μικροδιακοπής υψηλής ακρίβειας.
Χρόνος δημοσίευσης: Νοέμβριος-06-2023