Огляд великої потужностінапівпровідниковий лазеррозвиток частина перша
У міру підвищення ефективності та потужності лазерні діоди (драйвер лазерних діодів) продовжуватиме замінювати традиційні технології, тим самим змінюючи спосіб виготовлення речей і дозволяючи розробляти нові речі. Розуміння значних удосконалень у потужних напівпровідникових лазерах також обмежене. Перетворення електронів у лазери за допомогою напівпровідників було вперше продемонстровано в 1962 році, і згодом було здійснено широкий спектр додаткових досягнень, які привели до величезних успіхів у перетворенні електронів у високопродуктивні лазери. Ці досягнення підтримали важливі додатки від оптичних накопичувачів до оптичних мереж і широкого спектру галузей промисловості.
Огляд цих досягнень та їхнього сукупного прогресу підкреслює потенціал для ще більшого та всепоглинаючого впливу в багатьох сферах економіки. Насправді, завдяки постійному вдосконаленню потужних напівпровідникових лазерів, сфера їх застосування прискорить розширення та матиме глибокий вплив на економічне зростання.
Рисунок 1: Порівняння яскравості та закону Мура потужних напівпровідникових лазерів
Твердотільні лазери з діодним накачуванням іволоконних лазерів
Удосконалення потужних напівпровідникових лазерів також призвело до розвитку подальшої лазерної технології, де напівпровідникові лазери зазвичай використовуються для збудження (накачування) легованих кристалів (твердотільні лазери з діодним накачуванням) або легованих волокон (волоконних лазерів).
Хоча напівпровідникові лазери забезпечують ефективну, малу та недорогу лазерну енергію, вони також мають два ключові обмеження: вони не накопичують енергію та їх яскравість обмежена. В основному для багатьох застосувань потрібні два корисні лазери; Один використовується для перетворення електроенергії в лазерне випромінювання, а інший використовується для посилення яскравості цього випромінювання.
Твердотільні лазери з діодним накачуванням.
Наприкінці 1980-х років використання напівпровідникових лазерів для накачування твердотільних лазерів почало отримувати значний комерційний інтерес. Твердотільні лазери з діодним накачуванням (DPSSL) значно зменшують розміри та складність систем управління температурою (головним чином циклічних охолоджувачів) і модулів підсилення, які історично використовували дугові лампи для накачування твердотільних лазерних кристалів.
Довжина хвилі напівпровідникового лазера вибирається з урахуванням перекриття спектральних характеристик поглинання з підсилювальним середовищем твердотільного лазера, що дозволяє значно знизити теплове навантаження порівняно з широкосмуговим спектром випромінювання дугової лампи. Враховуючи популярність легованих неодимом лазерів, що випромінюють довжину хвилі 1064 нм, напівпровідниковий лазер 808 нм став найпродуктивнішим продуктом у виробництві напівпровідникових лазерів за більш ніж 20 років.
Покращена ефективність діодної накачки другого покоління стала можливою завдяки збільшенню яскравості багатомодових напівпровідникових лазерів і здатності стабілізувати вузьку ширину ліній випромінювання за допомогою об’ємних бреггівських решіток (VBGS) у середині 2000-х років. Слабкі та вузькі спектральні характеристики поглинання близько 880 нм викликали великий інтерес до спектрально стабільних високояскравих діодів накачки. Ці високопродуктивні лазери дозволяють накачувати неодим безпосередньо на верхньому лазерному рівні 4F3/2, зменшуючи квантовий дефіцит і, таким чином, покращуючи виділення основної моди при вищій середній потужності, яка інакше була б обмежена тепловими лінзами.
На початку другого десятиліття цього століття ми спостерігали значне збільшення потужності одномодових лазерів з довжиною хвилі 1064 нм, а також їх лазерів з перетворенням частоти, що працюють у видимому та ультрафіолетовому діапазонах. Враховуючи тривалий термін служби Nd: YAG і Nd: YVO4, ці операції з модуляцією добротності DPSSL забезпечують високу імпульсну енергію та пікову потужність, що робить їх ідеальними для абляційної обробки матеріалів і високоточної мікрообробки.
Час публікації: 06 листопада 2023 р