Przegląd dużej mocylaser półprzewodnikowyczęść pierwsza rozwoju
W miarę jak wydajność i moc ulegają ciągłej poprawie, diody laserowe(sterownik diod laserowych) będą nadal zastępować tradycyjne technologie, zmieniając w ten sposób sposób wytwarzania rzeczy i umożliwiając rozwój nowych. Zrozumienie znaczących udoskonaleń w zakresie laserów półprzewodnikowych dużej mocy jest również ograniczone. Konwersja elektronów do laserów za pomocą półprzewodników została po raz pierwszy zademonstrowana w 1962 roku, a następnie nastąpił szereg uzupełniających się postępów, które doprowadziły do ogromnego postępu w konwersji elektronów do laserów o wysokiej wydajności. Postępy te wsparły ważne zastosowania, od pamięci optycznej, przez sieci optyczne, po szeroki wachlarz dziedzin przemysłu.
Przegląd tych postępów i ich skumulowanego postępu wskazuje na potencjał jeszcze większego i bardziej wszechobecnego wpływu na wiele dziedzin gospodarki. W rzeczywistości, dzięki ciągłemu udoskonalaniu laserów półprzewodnikowych dużej mocy, ich obszar zastosowań przyspieszy ekspansję i będzie miał głęboki wpływ na wzrost gospodarczy.
Rysunek 1: Porównanie luminancji i prawa Moore’a dla laserów półprzewodnikowych dużej mocy
Lasery półprzewodnikowe pompowane diodami ilasery światłowodowe
Postęp w dziedzinie laserów półprzewodnikowych dużej mocy doprowadził również do rozwoju technologii laserowej, w której lasery półprzewodnikowe są zwykle używane do wzbudzania (pompowania) domieszkowanych kryształów (lasery półprzewodnikowe pompowane diodami) lub domieszkowanych włókien (lasery światłowodowe).
Chociaż lasery półprzewodnikowe dostarczają wydajnej, małej i taniej energii laserowej, mają również dwa kluczowe ograniczenia: nie magazynują energii, a ich jasność jest ograniczona. Zasadniczo wiele zastosowań wymaga dwóch użytecznych laserów: jeden służy do przekształcania energii elektrycznej w emisję laserową, a drugi do zwiększania jasności tej emisji.
Lasery półprzewodnikowe pompowane diodami.
Pod koniec lat 80. XX wieku zastosowanie laserów półprzewodnikowych do pompowania laserów półprzewodnikowych zaczęło zyskiwać na znaczeniu komercyjnym. Lasery półprzewodnikowe pompowane diodami (DPSSL) radykalnie zmniejszają rozmiar i złożoność systemów zarządzania temperaturą (głównie chłodnic cyklicznych) oraz modułów wzmocnienia, które historycznie wykorzystywały lampy łukowe do pompowania kryształów laserów półprzewodnikowych.
Długość fali lasera półprzewodnikowego jest dobierana na podstawie nakładania się charakterystyk absorpcji widmowej z ośrodkiem wzmocnienia lasera na ciele stałym, co pozwala znacząco zmniejszyć obciążenie termiczne w porównaniu z szerokopasmowym widmem emisyjnym lampy łukowej. Biorąc pod uwagę popularność laserów domieszkowanych neodymem o długości fali 1064 nm, laser półprzewodnikowy o długości fali 808 nm stał się najbardziej wydajnym produktem w produkcji laserów półprzewodnikowych od ponad 20 lat.
Poprawa wydajności pompowania diod drugiej generacji była możliwa dzięki zwiększonej jasności wielomodowych laserów półprzewodnikowych i możliwości stabilizacji wąskich linii emisyjnych za pomocą siatek Bragga (VBGS) w połowie pierwszej dekady XXI wieku. Słaba i wąska charakterystyka absorpcji widmowej wynosząca około 880 nm wzbudziła duże zainteresowanie stabilnymi widmowo diodami pompującymi o wysokiej jasności. Te lasery o wyższej wydajności umożliwiają pompowanie neodymu bezpośrednio na górnym poziomie laserowym 4F3/2, redukując deficyty kwantowe i tym samym poprawiając ekstrakcję modów podstawowych przy wyższej mocy średniej, która w przeciwnym razie byłaby ograniczona przez soczewki termiczne.
Na początku drugiej dekady tego stulecia byliśmy świadkami znacznego wzrostu mocy laserów 1064 nm z pojedynczym trybem poprzecznym, a także laserów z konwersją częstotliwości, działających w zakresie widzialnym i ultrafioletowym. Biorąc pod uwagę długi czas życia górnej energii laserów Nd:YAG i Nd:YVO4, te lasery DPSSL z przełączaniem dobroci zapewniają wysoką energię impulsu i moc szczytową, co czyni je idealnymi do ablacyjnej obróbki materiałów i precyzyjnej mikroobróbki.
Czas publikacji: 06-11-2023