Επισκόπηση υψηλής ισχύοςλέιζερ ημιαγωγώναναπτυξιακό μέρος πρώτο
Καθώς η απόδοση και η ισχύς συνεχίζουν να βελτιώνονται, οι δίοδοι λέιζερ (Πρόγραμμα οδήγησης για διόδους 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 προόδων 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 προόδων και της σωρευτικής προόδου τους υπογραμμίζει τη δυνατότητα για ακόμη μεγαλύτερο και πιο διάχυτο αντίκτυπο 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 βαθύ αντίκτυπο στην οικονομική ανάπτυξη.
Σχήμα 1: Σύγκριση φωτεινότητας και νόμου Moore για λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος
Λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου καιλέιζερ ινών
Η πρόοδος στα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος οδήγησε επίσης στην ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ κατάντη, όπου τα λέιζερ ημιαγωγών χρησιμοποιούνται συνήθως για να διεγείρουν (άντληση) κρυστάλλους (λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου) ή ίνες (λέιζερ ινών).
Αν και τα λέιζερ ημιαγωγών παρέχουν αποδοτική, 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 τη βελτίωση της φωτεινότητας αυτής της εκπομπής.
Λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, η χρήση λέιζερ ημιαγωγών για την άντληση λέιζερ στερεάς κατάστασης άρχισε να αποκτά σημαντικό εμπορικό ενδιαφέρον. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου (DPSSL) μειώνουν δραματικά το μέγεθος και την πολυπλοκότητα των συστημάτων θερμικής διαχείρισης (κυρίως ψύκτες κύκλου) και των μονάδων απολαβής, τα οποία ιστορικά χρησιμοποιούσαν λαμπτήρες τόξου για την άντληση κρυστάλλων λέιζερ στερεάς κατάστασης.
Το μήκος κύματος του λέιζερ ημιαγωγών επιλέγεται με βάση την επικάλυψη των χαρακτηριστικών φασματικής απορρόφησης με το μέσο απολαβής 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 πρόσμιξη νεοδυμίου που εκπέμπουν μήκος κύματος 1064 nm, το λέιζερ ημιαγωγών 808 nm έχει γίνει το πιο παραγωγικό προϊόν στην παραγωγή λέιζερ ημιαγωγών για περισσότερα από 20 χρόνια.
Η βελτιωμένη απόδοση άντλησης διόδων της δεύτερης γενιάς κατέστη δυνατή από την αυξημένη φωτεινότητα των λέιζερ ημιαγωγών πολλαπλών τρόπων λειτουργίας και την ικανότητα σταθεροποίησης στενών πλάτη γραμμής εκπομπής χρησιμοποιώντας χύδην σχάρες Bragg (VBGS) στα μέσα της δεκαετίας του 2000. Τα αδύναμα και στενά χαρακτηριστικά φασματικής απορρόφησης των 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 βασικού τρόπου λειτουργίας σε υψηλότερη μέση ισχύ, η οποία διαφορετικά θα περιοριζόταν από τους θερμικούς φακούς.
Στις αρχές της δεύτερης δεκαετίας αυτού του αιώνα, παρακολουθούσαμε μια σημαντική αύξηση ισχύος στα λέιζερ μονής εγκάρσιας λειτουργίας 1064 nm, καθώς και στα λέιζερ μετατροπής συχνότητας που λειτουργούσαν στο ορατό και στο υπεριώδες μήκη κύματος. Δεδομένης της μεγάλης διάρκειας ζωής της ανώτερης ενέργειας των Nd: YAG και Nd: YVO4, αυτές οι λειτουργίες με μεταγωγή DPSSL Q παρέχουν υψηλή παλμική ενέργεια και μέγιστη ισχύ, καθιστώντας τις ιδανικές για επεξεργασία αφαιρετικού υλικού και εφαρμογές μικρομηχανικής υψηλής ακρίβειας.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-06-2023