Overzicht van hoog vermogenhalfgeleiderlaserontwikkeling deel twee
Vezellaser.
Vezellasers bieden een kosteneffectieve manier om de helderheid van krachtige halfgeleiderlasers te verhogen. Hoewel optische systemen met golflengtemultiplexing relatief zwakke halfgeleiderlasers kunnen omzetten in helderdere lasers, gaat dit ten koste van een grotere spectrale breedte en fotomechanische complexiteit. Vezellasers zijn bijzonder effectief gebleken in het verhogen van de helderheid.
Dubbelwandige vezels, geïntroduceerd in de jaren negentig, met een single-mode kern omgeven door een multimode mantel, maken het mogelijk om krachtigere en goedkopere multimode halfgeleiderpomplasers effectief in de vezel te brengen. Dit biedt een economischere manier om krachtige halfgeleiderlasers om te zetten in helderdere lichtbronnen. Bij met ytterbium gedoteerde (Yb) vezels wekt de pomplaser een brede absorptieband op rond 915 nm, of een smallere absorptieband rond 976 nm. Naarmate de pompgolflengte de lasergolflengte van de vezellaser nadert, neemt het zogenaamde kwantumtekort af, waardoor de efficiëntie wordt gemaximaliseerd en de hoeveelheid warmte die moet worden afgevoerd, wordt geminimaliseerd.
Vezellasersen diodepomp-vastestoflasers zijn beide afhankelijk van de toename in helderheid van dediodelaserOver het algemeen geldt dat naarmate de helderheid van diodelasers blijft verbeteren, ook het vermogen van de lasers die ze aansturen toeneemt. De verbetering van de helderheid van halfgeleiderlasers bevordert doorgaans een efficiëntere helderheidsomzetting.
Zoals we verwachten, zullen ruimtelijke en spectrale helderheid noodzakelijk zijn voor toekomstige systemen die pompen met een laag kwantumtekort mogelijk maken voor smalle absorptiepieken in vastestoflasers, evenals dichte golflengtehergebruikschema's voor directe halfgeleiderlasertoepassingen.
Figuur 2: Verhoogde helderheid van krachtige lampenhalfgeleiderlasersmaakt het mogelijk om applicaties uit te breiden
Markt en toepassing
De vooruitgang in krachtige halfgeleiderlasers heeft veel belangrijke toepassingen mogelijk gemaakt. Doordat de kosten per watt aan helderheid van krachtige halfgeleiderlasers exponentieel zijn gedaald, vervangen deze lasers oude technologieën en maken ze nieuwe productcategorieën mogelijk.
Doordat de kosten en prestaties elke tien jaar meer dan vertienvoudigen, hebben krachtige halfgeleiderlasers de markt op onverwachte manieren ontwricht. Hoewel het moeilijk is om toekomstige toepassingen nauwkeurig te voorspellen, is het ook leerzaam om terug te kijken op de afgelopen drie decennia om de mogelijkheden voor het volgende decennium te schetsen (zie Figuur 2).
Toen Hall meer dan 50 jaar geleden halfgeleiderlasers demonstreerde, ontketende hij een technologische revolutie. Net als bij de wet van Moore had niemand de briljante prestaties van krachtige halfgeleiderlasers die daarop volgden, met een scala aan andere innovaties, kunnen voorspellen.
De toekomst van halfgeleiderlasers
Er zijn geen fundamentele natuurwetten die deze verbeteringen beheersen, maar de voortdurende technologische vooruitgang zal deze exponentiële ontwikkeling waarschijnlijk in volle glorie voortzetten. Halfgeleiderlasers zullen traditionele technologieën blijven vervangen en de manier waarop dingen worden gemaakt verder veranderen. Belangrijker nog voor de economische groei is dat krachtige halfgeleiderlasers ook zullen veranderen wat er gemaakt kan worden.
Geplaatst op: 7 november 2023