Обзор высокой мощностиполупроводниковый лазерразработка, часть первая
Поскольку эффективность и мощность продолжают улучшаться, лазерные диоды(драйвер лазерных диодов) будет продолжать заменять традиционные технологии, тем самым меняя способ производства вещей и позволяя разрабатывать новые вещи.Понимание значительных улучшений в мощных полупроводниковых лазерах также ограничено.Преобразование электронов в лазеры с помощью полупроводников было впервые продемонстрировано в 1962 году, после чего последовало множество дополнительных достижений, которые привели к огромному прогрессу в преобразовании электронов в высокопроизводительные лазеры.Эти достижения поддерживают важные приложения — от оптических хранилищ до оптических сетей и в широком спектре промышленных областей.
Обзор этих достижений и их совокупного прогресса подчеркивает потенциал еще большего и более глубокого воздействия во многих областях экономики.Фактически, благодаря постоянному совершенствованию мощных полупроводниковых лазеров область их применения ускорит расширение и окажет глубокое влияние на экономический рост.
Рисунок 1: Сравнение яркости и закона Мура мощных полупроводниковых лазеров.
Твердотельные лазеры с диодной накачкой иволоконные лазеры
Достижения в области мощных полупроводниковых лазеров также привели к развитию последующих лазерных технологий, в которых 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 накапливают энергию и их яркость ограничена.По сути, для многих приложений требуется 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.Твердотельные лазеры с диодной накачкой (DPSSL) значительно уменьшают размер и сложность систем управления температурным режимом (в первую очередь циклических охладителей) и модулей усиления, которые исторически использовали дуговые лампы для накачки кристаллов твердотельных лазеров.
Длина волны полупроводникового лазера выбирается исходя из 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 с длиной волны 1064 нм, полупроводниковый лазер с длиной волны 808 нм стал самым продуктивным продуктом в производстве полупроводниковых лазеров за более чем 20 лет.
Повышение эффективности диодной накачки второго поколения стало возможным благодаря увеличению яркости многомодовых полупроводниковых лазеров и возможности стабилизации узкой ширины линии излучения с помощью объемных брэгговских решеток (VBGS) в середине 2000-х годов.Слабые и узкие характеристики спектрального поглощения (около 880 нм) вызвали большой интерес к спектрально стабильным диодам накачки высокой яркости.Эти лазеры с более высокими характеристиками позволяют накачивать неодим непосредственно на верхнем лазерном уровне 4F3/2, уменьшая квантовый дефицит и тем самым улучшая выделение фундаментальных мод 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 их лазеров с преобразованием частоты, работающих в видимом и ультрафиолетовом диапазонах волн.Учитывая длительный срок службы Nd: YAG и Nd: YVO4, эти операции с модуляцией добротности DPSSL обеспечивают высокую энергию импульса и пиковую мощность, что делает их идеальными для абляционной обработки материалов и высокоточной микрообработки.
Время публикации: 6 ноября 2023 г.