Overzicht van hoog vermogenhalfgeleiderlaserontwikkeling deel één
Naarmate de efficiëntie en het vermogen blijven verbeteren, laser diodes(laserdiode-driverDeze technologieën 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 aanzienlijke verbeteringen in krachtige halfgeleiderlasers is ook beperkt. De omzetting van elektronen naar lasers via halfgeleiders werd voor het eerst aangetoond in 1962, en een breed scala aan complementaire ontwikkelingen volgde die hebben geleid tot enorme vooruitgang in de omzetting van elektronen naar zeer productieve lasers. Deze ontwikkelingen hebben belangrijke toepassingen mogelijk gemaakt, van optische opslag tot optische netwerken en een breed scala aan industriële sectoren.
Een overzicht van deze ontwikkelingen en hun cumulatieve vooruitgang laat zien dat ze een nog grotere en meer ingrijpende impact kunnen hebben op veel gebieden van de economie. Sterker nog, met de voortdurende verbetering van krachtige halfgeleiderlasers zal het toepassingsgebied ervan zich sneller uitbreiden en een diepgaande invloed hebben op de economische groei.
Figuur 1: Vergelijking van de luminantie en de wet van Moore van krachtige halfgeleiderlasers
Diode-gepompte vastestoflasers envezellasers
De vooruitgang in krachtige halfgeleiderlasers heeft ook geleid tot de ontwikkeling van lasertechnologieën die daarop voortbouwen, waarbij halfgeleiderlasers doorgaans worden gebruikt om gedoteerde kristallen (diodegepompte solid-state lasers) of gedoteerde vezels (vezellasers) aan te sturen (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 bruikbare lasers; de ene wordt gebruikt om elektriciteit om te zetten in laseremissie, en de andere om de helderheid van die emissie te versterken.
Diode-gepompte vastestoflasers.
Eind jaren tachtig begon het gebruik van halfgeleiderlasers voor het aandrijven van solid-state lasers aanzienlijke commerciële belangstelling te wekken. Diode-gepompte solid-state lasers (DPSSL) verkleinen de omvang en complexiteit van thermische beheersystemen (voornamelijk cycluskoelers) en versterkingsmodules aanzienlijk. Deze systemen maakten van oudsher gebruik van booglampen om solid-state laserkristallen aan te drijven.
De golflengte van de halfgeleiderlaser wordt gekozen op basis van de overlap van de spectrale absorptiekarakteristieken met het versterkingsmedium van de halfgeleiderlaser. Dit kan de thermische belasting aanzienlijk verminderen in vergelijking met het breedbandemissiespectrum van de booglamp. Gezien de populariteit van neodymium-gedoteerde lasers met een golflengte van 1064 nm, is de 808 nm halfgeleiderlaser al meer dan 20 jaar het meest geproduceerde product in de halfgeleiderlaserindustrie.
De verbeterde pompefficiëntie van de tweede generatie diodelasers werd mogelijk gemaakt door de toegenomen helderheid van multimode 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 rond 880 nm hebben grote belangstelling gewekt voor spectraal stabiele pompdiodes met hoge helderheid. Deze lasers met hogere prestaties maken het mogelijk om neodymium rechtstreeks te pompen op het bovenste laserniveau van 4F3/2, waardoor kwantumtekorten worden verminderd en de extractie van de fundamentele modus bij een hoger gemiddeld vermogen wordt verbeterd, wat anders beperkt zou worden door thermische lenzen.
Aan het begin van het tweede decennium van deze eeuw zagen we een aanzienlijke toename in het vermogen van lasers met één transversale modus van 1064 nm, evenals hun frequentieomzettingslasers die werken in het zichtbare en ultraviolette golflengtegebied. Gezien de lange levensduur van de bovenste energie van Nd:YAG en Nd:YVO4, leveren deze DPSSL Q-geschakelde lasers een hoge pulsenergie en piekvermogen, waardoor ze ideaal zijn voor ablatieve materiaalbewerking en uiterst nauwkeurige micromachining-toepassingen.
Geplaatst op: 06-11-2023