Prehľad vysokého výkonupolovodičový laservývojová časť prvá
Keďže účinnosť a výkon sa neustále zlepšujú, laserové diódy (ovládač laserových diód) bude aj naďalej nahrádzať tradičné technológie, čím sa zmení spôsob, akým sa veci vyrábajú, a umožní sa vývoj nových vecí. Pochopenie významných zlepšení vo vysokovýkonných polovodičových laseroch je tiež obmedzené. Konverzia elektrónov na lasery prostredníctvom polovodičov bola prvýkrát demonštrovaná v roku 1962 a nasledovala široká škála doplnkových pokrokov, ktoré viedli k obrovskému pokroku v konverzii elektrónov na vysoko produktívne lasery. Tieto pokroky podporili dôležité aplikácie od optického ukladania cez optické siete až po širokú škálu priemyselných oblastí.
Preskúmanie týchto pokrokov a ich kumulatívny pokrok poukazuje na potenciál ešte väčšieho a rozsiahlejšieho vplyvu v mnohých oblastiach hospodárstva. V skutočnosti, s neustálym zdokonaľovaním vysokovýkonných polovodičových laserov, oblasť ich použitia urýchli expanziu a bude mať hlboký vplyv na ekonomický rast.
Obrázok 1: Porovnanie jasu a Moorovho zákona vysokovýkonných polovodičových laserov
Diódovo čerpané pevnolátkové lasery avláknové lasery
Pokroky vo vysokovýkonných polovodičových laseroch viedli aj k vývoju nadväzujúcej laserovej technológie, kde sa polovodičové lasery zvyčajne používajú na excitáciu (pumpovanie) dopovaných kryštálov (diodovo čerpané polovodičové lasery) alebo dopovaných vlákien (vláknové lasery).
Hoci polovodičové lasery poskytujú efektívnu, malú a lacnú laserovú energiu, majú aj dve kľúčové obmedzenia: neukladajú energiu a ich jas je obmedzený. V zásade mnohé aplikácie vyžadujú dva užitočné lasery; Jedna sa používa na premenu elektriny na laserovú emisiu a druhá sa používa na zvýšenie jasu tejto emisie.
Diódovo čerpané pevnolátkové lasery.
Koncom 80. rokov 20. storočia začalo používanie polovodičových laserov na čerpanie pevnolátkových laserov získavať značný komerčný záujem. Diódovo čerpané polovodičové lasery (DPSSL) dramaticky zmenšujú veľkosť a zložitosť systémov tepelného manažmentu (predovšetkým cyklických chladičov) a zosilňovacích modulov, ktoré historicky používali oblúkové lampy na čerpanie kryštálov polovodičového lasera.
Vlnová dĺžka polovodičového lasera sa volí na základe presahu spektrálnych absorpčných charakteristík so ziskovým médiom pevnolátkového lasera, čo môže výrazne znížiť tepelné zaťaženie v porovnaní so širokopásmovým emisným spektrom oblúkovej lampy. Vzhľadom na popularitu neodýmom dopovaných laserov vyžarujúcich vlnovú dĺžku 1064nm sa 808nm polovodičový laser stal najproduktívnejším produktom vo výrobe polovodičových laserov už viac ako 20 rokov.
Zlepšená účinnosť čerpania diód druhej generácie bola umožnená zvýšeným jasom multimódových polovodičových laserov a schopnosťou stabilizovať úzke emisné šírky pomocou hromadných Braggových mriežok (VBGS) v polovici 2000-tych rokov. Slabé a úzke spektrálne absorpčné charakteristiky okolo 880 nm vzbudili veľký záujem o spektrálne stabilné vysokosvietivé čerpacie diódy. Tieto lasery s vyšším výkonom umožňujú pumpovať neodým priamo na hornej laserovej úrovni 4F3/2, čím sa znižujú kvantové deficity a tým sa zlepšuje extrakcia základného režimu pri vyššom priemernom výkone, ktorý by inak obmedzovali tepelné šošovky.
Začiatkom druhej dekády tohto storočia sme boli svedkami výrazného nárastu výkonu 1064nm laserov s jedným priečnym režimom, ako aj ich laserov na konverziu frekvencie pracujúcich vo viditeľnej a ultrafialovej vlnovej dĺžke. Vzhľadom na dlhú hornú energetickú životnosť Nd:YAG a Nd:YVO4, tieto DPSSL Q-spínané operácie poskytujú vysokú pulznú energiu a špičkový výkon, vďaka čomu sú ideálne pre ablatívne spracovanie materiálu a vysoko presné aplikácie mikroobrábania.
Čas uverejnenia: 6. novembra 2023