Overzicht van hoog vermogenhalfgeleiderlaserontwikkeling deel één
Naarmate de efficiëntie en het vermogen blijven verbeteren, worden laserdiodes(laserdiodes driver) zullen traditionele technologieën blijven vervangen, waardoor de manier waarop dingen worden geproduceerd verandert en de ontwikkeling van nieuwe dingen mogelijk wordt. Ook is het inzicht in de significante verbeteringen in hoogvermogen halfgeleiderlasers beperkt. De omzetting van elektronen naar lasers via halfgeleiders werd voor het eerst gedemonstreerd in 1962, waarna een breed scala aan complementaire ontwikkelingen volgde die enorme vooruitgang hebben geboekt in de omzetting van elektronen naar hoogproductieve lasers. Deze ontwikkelingen hebben belangrijke toepassingen ondersteund, van optische opslag tot optische netwerken en een breed scala aan industriële sectoren.
Een overzicht van deze ontwikkelingen en hun cumulatieve voortgang onderstreept de potentie voor een nog grotere en meer omvattende impact op veel economische sectoren. Sterker nog, met de voortdurende verbetering van hoogvermogen halfgeleiderlasers zal het toepassingsgebied ervan de expansie versnellen en een diepgaande impact hebben op de economische groei.
Figuur 1: Vergelijking van luminantie en de wet van Moore voor hoogvermogen halfgeleiderlasers
Diodegepompte vastestoflasers envezellasers
Vooruitgang op het gebied van halfgeleiderlasers met een hoog vermogen heeft ook geleid tot de ontwikkeling van downstream 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: één om elektriciteit om te zetten in een laseremissie en de andere om de helderheid van die emissie te vergroten.
Diode-gepompte vastestoflasers.
Eind jaren tachtig begon het gebruik van halfgeleiderlasers voor het pompen van vastestoflasers aanzienlijk aan commerciële belangstelling te winnen. Diodegepompte vastestoflasers (DPSSL) verminderen de omvang en complexiteit van thermische beheersystemen (voornamelijk cycluskoelers) en versterkingsmodules drastisch, die voorheen booglampen gebruikten om vastestoflaserkristallen te pompen.
De golflengte van de halfgeleiderlaser wordt geselecteerd op basis van de overlapping van spectrale absorptiekarakteristieken met het versterkingsmedium van de vastestoflaser. Dit kan de thermische belasting aanzienlijk verminderen ten opzichte van het breedbandige emissiespectrum van de booglamp. Gezien de populariteit van neodymiumgedoteerde lasers met een golflengte van 1064 nm, is de 808 nm halfgeleiderlaser al meer dan 20 jaar het meest productieve product in de productie van halfgeleiderlasers.
De verbeterde diodepompefficiëntie van de tweede generatie werd mogelijk gemaakt door de verhoogde helderheid van multi-mode halfgeleiderlasers en de mogelijkheid om smalle emissielijnbreedtes te stabiliseren met behulp van bulk Bragg-roosters (VBGS) halverwege de jaren 2000. De zwakke en smalle spectrale absorptiekarakteristieken van rond de 880 nm hebben grote belangstelling gewekt voor spectraal stabiele pompdiodes met hoge helderheid. Deze lasers met hogere prestaties maken het mogelijk om neodymium direct te pompen op het bovenste laserniveau van 4F3/2, waardoor kwantumtekorten worden verminderd en de extractie van fundamentele modi bij een hoger gemiddeld vermogen wordt verbeterd, wat anders beperkt zou zijn door thermische lenzen.
Aan het begin van het tweede decennium van deze eeuw zagen we een aanzienlijke vermogenstoename in 1064nm-lasers met enkelvoudige transversale modus, evenals in hun frequentieconversielasers die werken in de zichtbare en ultraviolette golflengten. Gezien de lange levensduur van Nd:YAG en Nd:YVO4 leveren deze DPSSL Q-switched systemen een hoge pulsenergie en piekvermogen, waardoor ze ideaal zijn voor ablatieve materiaalbewerking en zeer nauwkeurige microbewerkingstoepassingen.
Plaatsingstijd: 6 november 2023