A nagy teljesítmény áttekintésefélvezető lézerfejlesztés első rész
Ahogy a hatékonyság és a teljesítmény folyamatosan javul, a lézerdiódák (lézerdiódák meghajtója) továbbra is felváltja a hagyományos technológiákat, ezáltal megváltoztatva a dolgok előállításának módját és lehetővé téve új dolgok fejlesztését. A nagy teljesítményű félvezető lézerek jelentős fejlesztéseinek ismerete szintén korlátozott. Az elektronok félvezetőkön keresztüli lézerekké alakítását először 1962-ben mutatták be, és ezt számos kiegészítő előrelépés követte, amelyek hatalmas előrelépéseket eredményeztek az elektronok nagy termelékenységű lézerekké alakításában. Ezek az előrelépések fontos alkalmazásokat támogattak az optikai tárolástól az optikai hálózatokon át az ipari területek széles skálájáig.
Ezen előrelépések és azok kumulatív haladásának áttekintése rávilágít a gazdaság számos területén még nagyobb és átfogóbb hatás lehetőségére. Valójában a nagy teljesítményű félvezető lézerek folyamatos fejlesztésével alkalmazási területük felgyorsítja a terjeszkedést, és mélyreható hatással lesz a gazdasági növekedésre.
1. ábra: A nagy teljesítményű félvezető lézerek luminanciájának és Moore-törvényének összehasonlítása
Diódával pumpált szilárdtest lézerek ésszálas lézerek
A nagy teljesítményű félvezető lézerek fejlődése a downstream lézertechnológia fejlődéséhez is vezetett, ahol a félvezető lézereket jellemzően adalékolt kristályok (dióda-pumpált szilárdtest lézerek) vagy adalékolt szálak (szálas lézerek) gerjesztésére (pumpálására) használják.
Bár a félvezető lézerek hatékony, kis méretű és alacsony költségű lézerenergiát biztosítanak, két fő korlátjuk is van: nem tárolnak energiát, és a fényerejük korlátozott. Alapvetően sok alkalmazáshoz két hasznos lézerre van szükség; az egyik az elektromosság lézersugárzássá alakítására szolgál, a másik pedig az emisszió fényerejének növelésére.
Diódával pumpált szilárdtest lézerek.
Az 1980-as évek végén a félvezető lézerek használata a szilárdtest lézerek pumpálására jelentős kereskedelmi érdeklődésre tett szert. A diódapumpált szilárdtest lézerek (DPSSL) drámaian csökkentik a hőkezelő rendszerek (elsősorban a ciklushűtők) és az erősítő modulok méretét és összetettségét, amelyek történelmileg ívlámpákat használtak a szilárdtest lézerkristályok pumpálására.
A félvezető lézer hullámhosszát a spektrális abszorpciós jellemzők és a szilárdtest lézer erősítő közegének átfedése alapján választják ki, ami jelentősen csökkentheti a hőterhelést az ívlámpa szélessávú emissziós spektrumához képest. Figyelembe véve a neodímiummal adalékolt, 1064 nm hullámhosszú lézerek népszerűségét, a 808 nm-es félvezető lézer több mint 20 éve a félvezető lézergyártás legproduktívabb termékévé vált.
A második generációs dióda-pumpálási hatékonyságnövekedést a többmódusú félvezető lézerek megnövekedett fényereje és a keskeny emissziós vonalszélességek stabilizálásának képessége tette lehetővé tömbi Bragg-rácsok (VBGS) segítségével a 2000-es évek közepén. A gyenge és keskeny, körülbelül 880 nm-es spektrális abszorpciós jellemzők nagy érdeklődést keltettek a spektrálisan stabil, nagy fényerejű pumpáló diódák iránt. Ezek a nagyobb teljesítményű lézerek lehetővé teszik a neodímium közvetlen pumpálását a 4F3/2 felső lézerszinten, csökkentve a kvantumdeficiteket, és ezáltal javítva az alapvető módus extrakcióját magasabb átlagos teljesítményen, amit egyébként a hőlencsék korlátoznának.
A század második évtizedének elejére jelentős teljesítménynövekedésnek lehettünk tanúi az egytranszverzális módusú 1064 nm-es lézerek, valamint a látható és ultraibolya hullámhosszon működő frekvenciakonverziós lézereik esetében. Az Nd:YAG és Nd:YVO4 hosszú felső energia-élettartama miatt ezek a DPSSL Q-kapcsolású műveletek nagy impulzusenergiát és csúcsteljesítményt biztosítanak, így ideálisak az ablatív anyagmegmunkáláshoz és a nagy pontosságú mikromegmunkálási alkalmazásokhoz.
Közzététel ideje: 2023. november 6.