Обзор высокой мощностиполупроводниковый лазерразработка часть первая
Поскольку эффективность и мощность продолжают расти, лазерные диоды (драйвер лазерных диодов) продолжит заменять традиционные технологии, тем самым изменяя способ создания вещей и позволяя разрабатывать новые вещи. Понимание значительных улучшений в мощных полупроводниковых лазерах также ограничено. Преобразование электронов в лазеры через полупроводники было впервые продемонстрировано в 1962 году, и за этим последовало множество дополнительных достижений, которые привели к огромным успехам в преобразовании электронов в высокопроизводительные лазеры. Эти достижения поддержали важные приложения от оптического хранения до оптических сетей в широком диапазоне промышленных областей.
Обзор этих достижений и их кумулятивного прогресса подчеркивает потенциал для еще большего и более всеобъемлющего воздействия во многих областях экономики. Фактически, с постоянным совершенствованием мощных полупроводниковых лазеров, область их применения ускорит расширение и окажет глубокое влияние на экономический рост.
Рисунок 1: Сравнение яркости и закона Мура для мощных полупроводниковых лазеров
Твердотельные лазеры с диодной накачкой иволоконные лазеры
Достижения в области мощных полупроводниковых лазеров также привели к развитию лазерной технологии нисходящего потока, в которой полупроводниковые лазеры обычно используются для возбуждения (накачки) легированных кристаллов (твердотельные лазеры с диодной накачкой) или легированных волокон (волоконные лазеры).
Хотя полупроводниковые лазеры обеспечивают эффективную, небольшую и недорогую лазерную энергию, у них также есть два ключевых ограничения: они не хранят энергию, и их яркость ограничена. По сути, для многих приложений требуются два полезных лазера; один используется для преобразования электричества в лазерное излучение, а другой используется для усиления яркости этого излучения.
Твердотельные лазеры с диодной накачкой.
В конце 1980-х годов использование полупроводниковых лазеров для накачки твердотельных лазеров начало приобретать значительный коммерческий интерес. Твердотельные лазеры с диодной накачкой (DPSSL) значительно уменьшают размер и сложность систем терморегулирования (в первую очередь, циклических охладителей) и модулей усиления, которые исторически использовали дуговые лампы для накачки кристаллов твердотельных лазеров.
Длина волны полупроводникового лазера выбирается на основе перекрытия спектральных характеристик поглощения с усиливающей средой твердотельного лазера, что позволяет существенно снизить тепловую нагрузку по сравнению с широкополосным спектром излучения дуговой лампы. Учитывая популярность неодимовых лазеров, излучающих с длиной волны 1064 нм, полупроводниковый лазер с длиной волны 808 нм стал наиболее производительным продуктом в производстве полупроводниковых лазеров за более чем 20 лет.
Улучшенная эффективность диодной накачки второго поколения стала возможной благодаря повышенной яркости многомодовых полупроводниковых лазеров и возможности стабилизировать узкие линии излучения с использованием объемных брэгговских решеток (VBGS) в середине 2000-х годов. Слабые и узкие спектральные характеристики поглощения около 880 нм вызвали большой интерес к спектрально стабильным высокоярким диодам накачки. Эти более производительные лазеры позволяют накачивать неодим непосредственно на верхнем лазерном уровне 4F3/2, уменьшая квантовые дефициты и тем самым улучшая извлечение фундаментальной моды при более высокой средней мощности, которая в противном случае была бы ограничена тепловыми линзами.
К началу второго десятилетия этого века мы стали свидетелями значительного увеличения мощности лазеров с одной поперечной модой 1064 нм, а также их лазеров с преобразованием частоты, работающих в видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн. Учитывая длительное время жизни верхней энергии Nd: YAG и Nd: YVO4, эти операции DPSSL с модуляцией добротности обеспечивают высокую энергию импульса и пиковую мощность, что делает их идеальными для абляционной обработки материалов и высокоточной микрообработки.
Время публикации: 06.11.2023