Преглед на високата мощностполупроводников лазерразвитие, първа част
Тъй като ефективността и мощността продължават да се подобряват, лазерните диоди (драйвер за лазерни диоди) ще продължи да замества традиционните технологии, като по този начин променя начина, по който се произвеждат нещата, и дава възможност за разработването на нови неща. Разбирането на значителните подобрения във високомощните полупроводникови лазери също е ограничено. Преобразуването на електрони в лазери чрез полупроводници е демонстрирано за първи път през 1962 г. и е последвало голямо разнообразие от допълнителни постижения, които са довели до огромен напредък в преобразуването на електрони във високопродуктивни лазери. Тези постижения са подпомогнали важни приложения - от оптично съхранение до оптични мрежи и широк спектър от индустриални области.
Прегледът на тези постижения и техния кумулативен напредък подчертава потенциала за още по-голямо и по-широко разпространено въздействие в много области на икономиката. Всъщност, с непрекъснатото усъвършенстване на високомощните полупроводникови лазери, тяхното приложно поле ще ускори разширяването и ще окаже дълбоко влияние върху икономическия растеж.
Фигура 1: Сравнение на яркостта и закона на Мур на мощни полупроводникови лазери
Диодно-помпани твърдотелни лазери ивлакнести лазери
Напредъкът в областта на мощните полупроводникови лазери доведе и до развитието на лазерни технологии надолу по веригата, където полупроводниковите лазери обикновено се използват за възбуждане (изпомпване) на легирани кристали (диодно-изпомпвани твърдотелни лазери) или легирани влакна (влакнести лазери).
Въпреки че полупроводниковите лазери осигуряват ефективна, малка и евтина лазерна енергия, те имат и две ключови ограничения: не съхраняват енергия и яркостта им е ограничена. По принцип много приложения изискват два полезни лазера; единият се използва за преобразуване на електричеството в лазерно излъчване, а другият се използва за повишаване на яркостта на това излъчване.
Твърдотелни лазери с диодна помпа.
В края на 80-те години на миналия век използването на полупроводникови лазери за изпомпване на твърдотелни лазери започва да придобива значителен търговски интерес. Диодно-напомпаните твърдотелни лазери (DPSSL) драстично намаляват размера и сложността на системите за управление на температурата (предимно циклични охладители) и модулите за усилване, които исторически са използвали дъгови лампи за изпомпване на кристали на твърдотелни лазери.
Дължината на вълната на полупроводниковия лазер се избира въз основа на припокриването на спектралните абсорбционни характеристики с усилващата среда на твърдотелния лазер, което може значително да намали топлинното натоварване в сравнение с широколентовия емисионен спектър на дъговата лампа. Като се има предвид популярността на лазерите с неодимово легиране, излъчващи дължина на вълната 1064 nm, полупроводниковият лазер с дължина на вълната 808 nm се е превърнал в най-продуктивния продукт в производството на полупроводникови лазери за повече от 20 години.
Подобрената ефективност на диодното напомпване от второто поколение стана възможна благодарение на увеличената яркост на многомодовите полупроводникови лазери и способността за стабилизиране на тесни ширини на емисионните линии с помощта на обемни решетки на Браг (VBGS) в средата на 2000-те години. Слабите и тесни спектрални абсорбционни характеристики от около 880 nm предизвикаха голям интерес към спектрално стабилни високояркостни помпени диоди. Тези лазери с по-висока производителност позволяват директно напомпване на неодим на горното лазерно ниво 4F3/2, намалявайки квантовите дефицити и по този начин подобрявайки извличането на фундаменталния мод при по-висока средна мощност, което иначе би било ограничено от термични лещи.
В началото на второто десетилетие на този век наблюдавахме значително увеличение на мощността на едномодовите лазери с дължина на вълната 1064 nm, както и на техните лазери за честотно преобразуване, работещи във видимия и ултравиолетовия спектър. Като се има предвид дългият живот на горната част на енергията на Nd:YAG и Nd:YVO4, тези DPSSL Q-превключващи операции осигуряват висока импулсна енергия и пикова мощност, което ги прави идеални за аблативна обработка на материали и високопрецизни микрообработки.
Време на публикуване: 06 ноември 2023 г.