Обзор мощностейполупроводниковый лазерразработка, часть первая
По мере повышения эффективности и мощности лазерные диоды (драйвер лазерных диодовТехнологии будут и дальше вытеснять традиционные, меняя тем самым способы производства и способствуя разработке новых вещей. Понимание значительных улучшений в мощных полупроводниковых лазерах также ограничено. Преобразование электронов в лазеры через полупроводники было впервые продемонстрировано в 1962 году, и за этим последовал широкий спектр дополнительных достижений, которые привели к огромному прогрессу в преобразовании электронов в высокопроизводительные лазеры. Эти достижения поддержали важные приложения от оптического хранения данных до оптических сетей и широкого спектра промышленных областей.
Анализ этих достижений и их совокупного прогресса подчеркивает потенциал для еще большего и более масштабного влияния на многие области экономики. Фактически, с непрерывным совершенствованием мощных полупроводниковых лазеров сфера их применения будет расширяться быстрее 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 последующих лазерных технологий, где полупроводниковые лазеры обычно используются для возбуждения (накачки) легированных кристаллов (твердотельные лазеры с диодной накачкой) или легированных волокон (волоконные лазеры).
Хотя полупроводниковые лазеры обеспечивают эффективное, маломощное и недорогое лазерное излучение, у них также есть два ключевых ограничения: они не накапливают энергию и их яркость ограничена. В сущности, для многих применений требуются два полезных лазера: один используется для преобразования электричества в лазерное излучение, а другой — для повышения яркости этого излучения.
Твердотельные лазеры с диодной накачкой.
В конце 1980-х годов использование полупроводниковых лазеров для накачки твердотельных лазеров начало вызывать значительный коммерческий интерес. Диодно-накачиваемые твердотельные лазеры (DPSSL) значительно уменьшают размеры и сложность систем терморегулирования (в основном, циклических охладителей) и модулей усиления, которые исторически использовали дуговые лампы для накачки твердотельных лазерных кристаллов.
Длина волны полупроводникового лазера выбирается на основе совпадения характеристик спектрального поглощения с активной средой твердотельного лазера, что позволяет значительно снизить тепловую нагрузку по сравнению с широкополосным спектром излучения дуговой лампы. Учитывая популярность неодимовых лазеров, излучающих на длине волны 1064 нм, полупроводниковый лазер с длиной волны 808 нм стал наиболее производительным продуктом в производстве полупроводниковых лазеров за последние 20 лет.
Повышение эффективности накачки диодов второго поколения стало возможным благодаря увеличению яркости многомодовых полупроводниковых лазеров и возможности стабилизации узких ширин линий излучения с помощью объемных брэгговских решеток (VBGS) в середине 2000-х годов. Слабые и узкие спектральные характеристики поглощения в области 880 нм вызвали большой интерес к спектрально стабильным диодам накачки высокой яркости. Эти высокопроизводительные лазеры позволяют накачивать неодим непосредственно на верхнем лазерном уровне 4F3/2, уменьшая квантовый дефицит и тем самым улучшая извлечение основной моды при более высокой средней мощности, которая в противном случае была бы ограничена тепловыми линзами.
К началу второго десятилетия этого столетия мы стали свидетелями значительного увеличения мощности одномодовых лазеров с длиной волны 1064 нм, а также лазеров с преобразованием частоты, работающих в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Учитывая длительное время жизни верхней границы энергии Nd:YAG и Nd:YVO4, эти лазеры с модуляцией добротности в режиме DPSSL обеспечивают высокую энергию импульса и пиковую мощность, что делает их идеальными для абляционной обработки материалов и высокоточной микрообработки.
Дата публикации: 06.11.2023