Pregled visoke močipolprevodniški laserrazvoj prvi del
Ker se učinkovitost in moč še naprej izboljšujeta, laserske diode (gonilnik laserskih diod) bo še naprej nadomeščal tradicionalne tehnologije, s čimer bo spreminjal način izdelave stvari in omogočal razvoj novih stvari. Razumevanje pomembnih izboljšav visokozmogljivih polprevodniških laserjev je prav tako omejeno. Pretvorba elektronov v laserje prek polprevodnikov je bila prvič prikazana leta 1962, sledila pa je široka paleta dopolnilnih napredkov, ki so spodbudili ogromen napredek pri pretvorbi elektronov v visoko produktivne laserje. Ti napredki so podprli pomembne aplikacije, od optičnega shranjevanja do optičnih omrežij in širokega spektra industrijskih področij.
Pregled teh dosežkov in njihovega skupnega napredka poudarja potencial za še večji in bolj razširjen vpliv na številnih področjih gospodarstva. Pravzaprav bo z nenehnim izboljševanjem visokozmogljivih polprevodniških laserjev njihovo področje uporabe pospešilo širitev in bo imelo velik vpliv na gospodarsko rast.
Slika 1: Primerjava svetilnosti in Moorovega zakona polprevodniških laserjev visoke moči
Diodno črpani trdni laserji invlakenski laserji
Napredek pri visokozmogljivih polprevodniških laserjih je privedel tudi do razvoja nadaljnje laserske tehnologije, kjer se polprevodniški laserji običajno uporabljajo za vzbujanje (črpanje) dopiranih kristalov (diodno črpani trdno-tesni laserji) ali dopiranih vlaken (vlakenski laserji).
Čeprav polprevodniški laserji zagotavljajo učinkovito, majhno in poceni lasersko energijo, imajo tudi dve ključni omejitvi: ne shranjujejo energije in njihova svetlost je omejena. V bistvu številne aplikacije zahtevajo dva uporabna laserja; eden se uporablja za pretvorbo električne energije v lasersko emisijo, drugi pa za povečanje svetlosti te emisije.
Diodno črpani trdno-tesni laserji.
V poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja je uporaba polprevodniških laserjev za črpanje trdnih laserjev začela pridobivati znatno komercialno zanimanje. Diodno črpani trdni laserji (DPSSL) so dramatično zmanjšali velikost in kompleksnost sistemov za upravljanje toplote (predvsem hladilnikov ciklov) in ojačevalnih modulov, ki so v preteklosti za črpanje kristalov trdnih laserjev uporabljali obločne sijalke.
Valovna dolžina polprevodniškega laserja je izbrana na podlagi prekrivanja spektralnih absorpcijskih karakteristik z ojačevalnim medijem trdnotenskega laserja, kar lahko znatno zmanjša toplotno obremenitev v primerjavi s širokopasovnim emisijskim spektrom obločne svetilke. Glede na priljubljenost laserjev z neodimom, ki oddajajo valovno dolžino 1064 nm, je polprevodniški laser z valovno dolžino 808 nm že več kot 20 let postal najbolj produktiven izdelek v proizvodnji polprevodniških laserjev.
Izboljšana učinkovitost črpanja diod druge generacije je bila omogočena zaradi povečane svetlosti večmodnih polprevodniških laserjev in sposobnosti stabilizacije ozkih širin emisijskih linij z uporabo Braggovih rešetk v razsutem stanju (VBGS) sredi 2000-ih let. Šibke in ozke spektralne absorpcijske značilnosti okoli 880 nm so vzbudile veliko zanimanje za spektralno stabilne črpalne diode z visoko svetlostjo. Ti laserji z večjo zmogljivostjo omogočajo črpanje neodima neposredno na zgornji laserski ravni 4F3/2, kar zmanjšuje kvantne primanjkljaje in s tem izboljšuje ekstrakcijo osnovnega moda pri višji povprečni moči, ki bi jo sicer omejevale termične leče.
V začetku drugega desetletja tega stoletja smo bili priča znatnemu povečanju moči enojnih transverzalnih laserjev z valovno dolžino 1064 nm, pa tudi njihovih frekvenčno pretvorniških laserjev, ki delujejo v vidnem in ultravijoličnem valovnem območju. Glede na dolgo življenjsko dobo zgornje energije Nd:YAG in Nd:YVO4 te DPSSL Q-stikalne operacije zagotavljajo visoko energijo impulza in vršno moč, zaradi česar so idealne za ablativno obdelavo materialov in visoko precizne mikroobdelovalne aplikacije.
Čas objave: 6. november 2023