Översikt över hög effekthalvledarlaserutveckling del ett
I takt med att effektivitet och effekt fortsätter att förbättras, laserdioder (laserdioddrivare) kommer att fortsätta att ersätta traditionella tekniker, och därigenom förändra hur saker tillverkas och möjliggöra utveckling av nya saker. Förståelsen för de betydande förbättringarna inom högeffektshalvledarlasrar är också begränsad. Omvandlingen av elektroner till lasrar via halvledare demonstrerades först 1962, och en mängd olika kompletterande framsteg har följt som har drivit enorma framsteg inom omvandlingen av elektroner till högproduktiva lasrar. Dessa framsteg har stöttat viktiga tillämpningar från optisk lagring till optiska nätverk inom ett brett spektrum av industriområden.
En granskning av dessa framsteg och deras kumulativa utveckling belyser potentialen för ännu större och mer genomgripande effekter inom många delar av ekonomin. Faktum är att med den kontinuerliga förbättringen av högeffektshalvledarlasrar kommer dess tillämpningsområde att accelerera expansionen och ha en djupgående inverkan på den ekonomiska tillväxten.
Figur 1: Jämförelse av luminans och Moores lag för högeffektshalvledarlasrar
Diodpumpade fasta tillståndslasrar ochfiberlasrar
Framsteg inom högeffektshalvledarlasrar har också lett till utvecklingen av nedströms laserteknik, där halvledarlasrar vanligtvis används för att excitera (pumpa) dopade kristaller (diodpumpade fasttillståndslasrar) eller dopade fibrer (fiberlasrar).
Även om halvledarlasrar ger effektiv, liten och billig laserenergi, har de också två viktiga begränsningar: de lagrar inte energi och deras ljusstyrka är begränsad. I grund och botten kräver många tillämpningar två användbara lasrar; en används för att omvandla elektricitet till laserstrålning, och den andra används för att förbättra ljusstyrkan hos den strålningen.
Diodpumpade fasttillståndslasrar.
I slutet av 1980-talet började användningen av halvledarlasrar för att pumpa fasta tillståndslasrar få betydande kommersiellt intresse. Diodpumpade fasta tillståndslasrar (DPSSL) minskar dramatiskt storleken och komplexiteten hos värmehanteringssystem (främst cykelkylare) och förstärkningsmoduler, som historiskt sett har använt båglampor för att pumpa fasta tillståndslaserkristaller.
Halvledarlaserns våglängd väljs baserat på överlappningen av spektralabsorptionsegenskaperna med fastfaslaserns förstärkningsmedium, vilket avsevärt kan minska den termiska belastningen jämfört med båglampans bredbandiga emissionsspektrum. Med tanke på populariteten hos neodymdopade lasrar som emitterar 1064 nm våglängd har 808 nm halvledarlaser blivit den mest produktiva produkten inom halvledarlaserproduktion på mer än 20 år.
Den förbättrade diodpumpningseffektiviteten hos andra generationen möjliggjordes av den ökade ljusstyrkan hos multimodala halvledarlasrar och förmågan att stabilisera smala emissionslinjebredder med hjälp av bulk Bragg-gitter (VBGS) i mitten av 2000-talet. De svaga och smala spektrala absorptionsegenskaperna på cirka 880 nm har väckt stort intresse för spektralt stabila pumpdioder med hög ljusstyrka. Dessa högpresterande lasrar gör det möjligt att pumpa neodym direkt vid den övre lasernivån 4F³/2, vilket minskar kvantbrister och därigenom förbättrar grundmodsextraktionen vid högre genomsnittlig effekt, vilket annars skulle begränsas av termiska linser.
I början av andra decenniet av detta århundrade bevittnade vi en betydande effektökning hos 1064 nm-lasrar i enkel transversalläge, såväl som deras frekvensomvandlingslasrar som arbetar i de synliga och ultravioletta våglängderna. Med tanke på den långa övre energilivslängden för Nd:YAG och Nd:YVO4, ger dessa DPSSL Q-switchade operationer hög pulsenergi och toppeffekt, vilket gör dem idealiska för ablativ materialbearbetning och högprecisionsmikrobearbetningsapplikationer.
Publiceringstid: 6 november 2023