Oversikt over høy effekthalvlederlaserutvikling del én
Etter hvert som effektivitet og effekt fortsetter å forbedres, laserdioder (laserdiodedriver) vil fortsette å erstatte tradisjonelle teknologier, og dermed endre måten ting lages på og muliggjøre utvikling av nye ting. Forståelsen av de betydelige forbedringene innen høyeffekts halvlederlasere er også begrenset. Konvertering av elektroner til lasere via halvledere ble først demonstrert i 1962, og en rekke komplementære fremskritt har fulgt som har drevet enorme fremskritt i konvertering av elektroner til høyproduktive lasere. Disse fremskrittene har støttet viktige anvendelser fra optisk lagring til optisk nettverk til et bredt spekter av industrifelt.
En gjennomgang av disse fremskrittene og deres kumulative fremgang fremhever potensialet for enda større og mer gjennomgripende innvirkning på mange områder av økonomien. Faktisk, med den kontinuerlige forbedringen av høyeffekts halvlederlasere, vil anvendelsesfeltet akselerere ekspansjonen og ha en betydelig innvirkning på økonomisk vekst.
Figur 1: Sammenligning av luminans og Moores lov for høyeffekts halvlederlasere
Diodepumpede faststofflasere ogfiberlasere
Fremskritt innen høyeffekts halvlederlasere har også ført til utviklingen av nedstrøms laserteknologi, der halvlederlasere vanligvis brukes til å eksitere (pumpe) dopede krystaller (diodepumpede faststofflasere) eller dopede fibre (fiberlasere).
Selv om halvlederlasere gir effektiv, liten og rimelig laserenergi, har de også to viktige begrensninger: de lagrer ikke energi, og lysstyrken deres er begrenset. I utgangspunktet krever mange applikasjoner to nyttige lasere; den ene brukes til å konvertere elektrisitet til laserstråling, og den andre brukes til å forbedre lysstyrken til strålingen.
Diodepumpede faststofflasere.
På slutten av 1980-tallet begynte bruken av halvlederlasere til å pumpe faststofflasere å få betydelig kommersiell interesse. Diodepumpede faststofflasere (DPSSL) reduserer dramatisk størrelsen og kompleksiteten til termiske styringssystemer (primært sykluskjølere) og forsterkningsmoduler, som historisk sett har brukt buelamper til å pumpe faststofflaserkrystaller.
Bølgelengden til halvlederlaseren velges basert på overlappingen av spektrale absorpsjonsegenskaper med forsterkningsmediet til faststofflaseren, noe som kan redusere den termiske belastningen betydelig sammenlignet med bredbåndsemisjonsspekteret til buelampen. Med tanke på populariteten til neodymdopede lasere som sender ut 1064 nm bølgelengde, har 808 nm halvlederlaseren blitt det mest produktive produktet innen halvlederlaserproduksjon på mer enn 20 år.
Den forbedrede diodepumpeeffektiviteten til andre generasjon ble muliggjort av den økte lysstyrken til multimodus halvlederlasere og evnen til å stabilisere smale emisjonslinjebredder ved hjelp av bulk Bragg-gittere (VBGS) på midten av 2000-tallet. De svake og smale spektrale absorpsjonsegenskapene på rundt 880 nm har vekket stor interesse for spektralt stabile pumpedioder med høy lysstyrke. Disse laserne med høyere ytelse gjør det mulig å pumpe neodym direkte på det øvre lasernivået på 4F³/2, noe som reduserer kvanteunderskudd og dermed forbedrer grunnleggende modusutvinning ved høyere gjennomsnittlig effekt, noe som ellers ville vært begrenset av termiske linser.
Tidlig i det andre tiåret av dette århundret var vi vitne til en betydelig effektøkning i enkelt-transversmodus 1064 nm-lasere, så vel som deres frekvensomformingslasere som opererer i de synlige og ultrafiolette bølgelengdene. Gitt den lange øvre energilevetiden til Nd:YAG og Nd:YVO4, gir disse DPSSL Q-svitsjede operasjonene høy pulsenergi og toppeffekt, noe som gjør dem ideelle for ablativ materialbehandling og høypresisjonsmikromaskineringsapplikasjoner.
Publisert: 06. november 2023