Преглед на развојот на високомоќни полупроводнички ласери, прв дел

Преглед на висока моќностполупроводнички ласерразвој, прв дел

Како што ефикасноста и моќноста продолжуваат да се подобруваат, ласерските диоди (драјвер за ласерски диоди) ќе продолжи да ги заменува традиционалните технологии, со што ќе се промени начинот на кој се прават работите и ќе се овозможи развој на нови работи. Разбирањето на значајните подобрувања кај високомоќните полупроводнички ласери е исто така ограничено. Конверзијата на електрони во ласери преку полупроводници за прв пат беше демонстрирана во 1962 година, а потоа следеа широк спектар на комплементарни напредоци кои доведоа до огромен напредок во конверзијата на електрони во високопродуктивни ласери. Овие напредоци поддржаа важни апликации од оптичко складирање до оптичко вмрежување до широк спектар на индустриски области.

Прегледот на овие достигнувања и нивниот кумулативен напредок го истакнува потенцијалот за уште поголемо и посеопфатно влијание во многу области од економијата. Всушност, со континуираното подобрување на високомоќните полупроводнички ласери, нивното поле на примена ќе го забрза ширењето и ќе има длабоко влијание врз економскиот раст.

Слика 1: Споредба на луминансата и Муровиот закон на високоенергетски полупроводнички ласери

Диодно-пумпани ласери во цврста состојба ифибер ласери

Напредокот во полупроводничките ласери со висока моќност, исто така, доведе до развој на downstream ласерска технологија, каде што полупроводничките ласери обично се користат за возбудување (пумпање) на допирани кристали (диодно-пумпани ласери во цврста состојба) или допирани влакна (фибер ласери).

Иако полупроводничките ласери обезбедуваат ефикасна, мала и ефтина ласерска енергија, тие имаат и две клучни ограничувања: не складираат енергија и нивната осветленост е ограничена. Во основа, многу апликации бараат два корисни ласери; едниот се користи за претворање на електричната енергија во ласерска емисија, а другиот се користи за подобрување на осветленоста на таа емисија.

Диодно-пумпани ласери во цврста состојба.
Кон крајот на 1980-тите, употребата на полупроводнички ласери за пумпање на цврсти ласери почна да добива на значаен комерцијален интерес. Диодно-пумпаните цврсти ласери (DPSSL) драматично ја намалуваат големината и сложеноста на системите за термичко управување (првенствено циклирачки ладилници) и модулите за засилување, кои историски користеле лачни ламби за пумпање на кристали од цврсти ласери.

Брановата должина на полупроводничкиот ласер е избрана врз основа на преклопувањето на спектралните апсорпциони карактеристики со медиумот за засилување на цврстиот ласер, што може значително да го намали термичкото оптоварување во споредба со широкопојасниот емисионен спектар на лачната светилка. Со оглед на популарноста на ласерите допирани со неодимиум кои емитуваат бранова должина од 1064nm, полупроводничкиот ласер од 808nm стана најпродуктивен производ во производството на полупроводнички ласери повеќе од 20 години.

Подобрената ефикасност на пумпање на диоди од втората генерација беше овозможена со зголемената осветленост на мултимодните полупроводнички ласери и можноста за стабилизирање на тесни ширини на емисионите линии со користење на булбусни Брегови решетки (VBGS) во средината на 2000-тите. Слабите и тесни спектрални карактеристики на апсорпција од околу 880 nm предизвикаа голем интерес за спектрално стабилни пумпни диоди со висока осветленост. Овие ласери со повисоки перформанси овозможуваат директно пумпање на неодиум на горното ласерско ниво од 4F3/2, намалувајќи ги квантните дефицити и со тоа подобрувајќи ја екстракцијата на фундаменталниот режим при повисока просечна моќност, која инаку би била ограничена со термички леќи.

До почетокот на втората деценија од овој век, бевме сведоци на значително зголемување на моќноста кај ласерите со еден попречен режим од 1064nm, како и нивните ласери за конверзија на фреквенција кои работат во видливите и ултравиолетовите бранови должини. Со оглед на долгиот животен век на горната енергија на Nd: YAG и Nd: YVO4, овие DPSSL Q-прекинувачки операции обезбедуваат висока импулсна енергија и врвна моќност, што ги прави идеални за обработка на аблативни материјали и апликации за микромашинска обработка со висока прецизност.