Overzicht van hoog vermogenhalfgeleider laserontwikkeling deel één
Naarmate de efficiëntie en het vermogen blijven verbeteren, worden laserdiodes (driver voor laserdiodes) zullen traditionele technologieën blijven vervangen, waardoor de manier waarop dingen worden gemaakt verandert en de ontwikkeling van nieuwe dingen mogelijk wordt. Het begrip van de significante verbeteringen in halfgeleiderlasers met hoog vermogen is ook beperkt. De omzetting van elektronen in lasers via halfgeleiders werd voor het eerst gedemonstreerd in 1962, en er volgde een grote verscheidenheid aan complementaire ontwikkelingen die enorme vooruitgang hebben geboekt bij de omzetting van elektronen in lasers met hoge productiviteit. Deze vooruitgang heeft belangrijke toepassingen ondersteund, van optische opslag tot optische netwerken en een breed scala aan industriële velden.
Een overzicht van deze vooruitgang en hun cumulatieve vooruitgang benadrukt het potentieel voor een nog grotere en diepgaandere impact op veel gebieden van de economie. Door de voortdurende verbetering van halfgeleiderlasers met hoog vermogen zal het toepassingsgebied ervan de expansie versnellen en een diepgaande invloed hebben op de economische groei.
Figuur 1: Vergelijking van luminantie en de wet van Moore van halfgeleiderlasers met hoog vermogen
Diodegepompte vastestoflasers enfiber lasers
Vooruitgang op het gebied van halfgeleiderlasers met hoog vermogen heeft ook geleid tot de ontwikkeling van stroomafwaartse lasertechnologie, waarbij halfgeleiderlasers doorgaans worden gebruikt om gedoteerde kristallen (diodegepompte vastestoflasers) of gedoteerde vezels (vezellasers) te exciteren (pompen).
Hoewel halfgeleiderlasers efficiënte, kleine en goedkope laserenergie leveren, hebben ze ook twee belangrijke beperkingen: ze slaan geen energie op en hun helderheid is beperkt. In principe vereisen veel toepassingen twee nuttige lasers; De ene wordt gebruikt om elektriciteit om te zetten in een laseremissie, en de andere wordt gebruikt om de helderheid van die emissie te verbeteren.
Diodegepompte vastestoflasers.
Eind jaren tachtig begon het gebruik van halfgeleiderlasers om vaste-stoflasers te pompen aanzienlijke commerciële belangstelling te krijgen. Diodegepompte vastestoflasers (DPSSL) verminderen dramatisch de omvang en complexiteit van thermische beheersystemen (voornamelijk cycluskoelers) en versterken modules, die historisch gezien booglampen hebben gebruikt om vastestoflaserkristallen te pompen.
De golflengte van de halfgeleiderlaser wordt geselecteerd op basis van de overlap van spectrale absorptiekarakteristieken met het versterkingsmedium van de vastestoflaser, waardoor de thermische belasting aanzienlijk kan worden verminderd in vergelijking met het breedbandemissiespectrum van de booglamp. Gezien de populariteit van neodymium-gedoteerde lasers die een golflengte van 1064 nm uitzenden, is de halfgeleiderlaser van 808 nm al meer dan twintig jaar het meest productieve product in de productie van halfgeleiderlasers.
De verbeterde diodepompefficiëntie van de tweede generatie werd mogelijk gemaakt door de grotere helderheid van multi-mode halfgeleiderlasers en het vermogen om smalle emissielijnbreedtes te stabiliseren met behulp van bulk Bragg-roosters (VBGS) halverwege de jaren 2000. De zwakke en smalle spectrale absorptiekarakteristieken van ongeveer 880 nm hebben grote belangstelling gewekt voor spectraal stabiele pompdiodes met hoge helderheid. Deze lasers met hogere prestaties maken het mogelijk om neodymium rechtstreeks op het bovenste laserniveau van 4F3/2 te pompen, waardoor kwantumtekorten worden verminderd en daardoor de extractie van de fundamentele modus wordt verbeterd bij een hoger gemiddeld vermogen, dat anders zou worden beperkt door thermische lenzen.
Aan het begin van het tweede decennium van deze eeuw waren we getuige van een aanzienlijke vermogenstoename bij 1064 nm-lasers met enkelvoudige transversale modus, evenals hun frequentieconversielasers die in de zichtbare en ultraviolette golflengten werkten. Gezien de lange levensduur van Nd:YAG en Nd:YVO4, bieden deze DPSSL Q-geschakelde bewerkingen een hoge pulsenergie en piekvermogen, waardoor ze ideaal zijn voor ablatieve materiaalverwerking en uiterst nauwkeurige microbewerkingstoepassingen.
Posttijd: 06-nov-2023