Yleiskatsaus suuritehoiseenpuolijohdelaserkehitys, osa yksi
Tehokkuuden ja tehon parantuessa jatkuvasti laserdiodit (laserdiodien ohjain) korvaavat jatkossakin perinteisiä teknologioita, mikä muuttaa asioiden valmistustapoja ja mahdollistaa uusien asioiden kehittämisen. Ymmärrys suuritehoisten puolijohdelasereiden merkittävistä parannuksista on myös rajallista. Elektronien muuntaminen lasereiksi puolijohteiden avulla osoitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1962, ja sen jälkeen on seurannut laaja valikoima toisiaan täydentäviä edistysaskeleita, jotka ovat vauhdittaneet elektronien muuntamista suuritehoisiksi lasereiksi. Nämä edistysaskeleet ovat tukeneet tärkeitä sovelluksia optisesta tallennuksesta optisiin verkkoihin ja monille teollisuuden aloille.
Näiden edistysaskeleiden ja niiden kumulatiivisen kehityksen tarkastelu korostaa potentiaalia entistä suuremmalle ja laajemmalle vaikutukselle monilla talouden aloilla. Itse asiassa suurtehoisten puolijohdelasereiden jatkuvan parantamisen myötä niiden sovellusalueet kiihdyttävät laajentumista ja vaikuttavat syvällisesti talouskasvuun.
Kuva 1: Suuritehoisten puolijohdelasereiden luminanssin ja Mooren lain vertailu
Diodipumpatut kiinteän olomuodon laserit jakuitulaserit
Suuritehoisten puolijohdelasereiden kehitys on johtanut myös alavirran lasertekniikan kehitykseen, jossa puolijohdelasereita käytetään tyypillisesti seostettujen kiteiden (diodipumpatut kiinteän olomuodon laserit) tai seostettujen kuitujen (kuitulaserit) virittämiseen (pumppaamiseen).
Vaikka puolijohdelaserit tarjoavat tehokasta, pientä ja edullista laserenergiaa, niillä on myös kaksi keskeistä rajoitusta: ne eivät varastoi energiaa ja niiden kirkkaus on rajallinen. Pohjimmiltaan monet sovellukset vaativat kaksi hyödyllistä laseria; toista käytetään sähkön muuntamiseen lasersäteilyksi ja toista käytetään kyseisen säteilyn kirkkauden parantamiseen.
Diodipumpatut kiinteän olomuodon laserit.
1980-luvun lopulla puolijohdelasereiden käyttö kiinteän olomuodon lasereiden pumppaamiseen alkoi herättää merkittävää kaupallista kiinnostusta. Diodipumpatut kiinteän olomuodon laserit (DPSSL) pienentävät merkittävästi lämmönhallintajärjestelmien (pääasiassa syklijäähdyttimien) ja vahvistusmoduulien kokoa ja monimutkaisuutta, jotka ovat historiallisesti käyttäneet valokaarilamppuja kiinteän olomuodon laserkiteiden pumppaamiseen.
Puolijohdelaserin aallonpituus valitaan spektraalisten absorptio-ominaisuuksien päällekkäisyyden perusteella kiinteän olomuodon laserin vahvistusväliaineen kanssa, mikä voi merkittävästi vähentää lämpökuormitusta verrattuna valokaarilampun laajakaistaiseen emissiospektriin. Ottaen huomioon neodyymillä seostettujen 1064 nm:n aallonpituutta lähettävien lasereiden suosion, 808 nm:n puolijohdelaserista on tullut tuottavin tuote puolijohdelaserien tuotannossa yli 20 vuoden ajan.
Toisen sukupolven parantunut diodin pumppaustehokkuus mahdollistettiin monimoodipuolijohdelasereiden lisääntyneen kirkkauden ja kyvyn vakauttaa kapeita emissioviivanleveyksiä käyttämällä bulk Bragg -hiloja (VBGS) 2000-luvun puolivälissä. Heikot ja kapeat, noin 880 nm:n spektraaliset absorptio-ominaisuudet ovat herättäneet suurta kiinnostusta spektraalisesti stabiileihin, kirkkaisiin pumppausdiodeihin. Nämä tehokkaammat laserit mahdollistavat neodyymin pumppaamisen suoraan laserin ylemmällä 4F3/2-tasolla, mikä vähentää kvanttivajeita ja parantaa siten perusmoodin erottamista suuremmalla keskimääräisellä teholla, mitä muuten rajoittaisivat lämpölinssit.
Tämän vuosisadan toisen vuosikymmenen alkupuolella todistimme merkittävää tehonkasvua 1064 nm:n yksitransversaalimoodilasereissa sekä niiden näkyvän ja ultraviolettiaallonpituuksilla toimivissa taajuusmuunnoslasereissa. Nd:YAG:n ja Nd:YVO4:n pitkän ylemmän energian eliniän vuoksi nämä DPSSL:n Q-kytkentäiset toiminnot tarjoavat suuren pulssienergian ja huipputehon, mikä tekee niistä ihanteellisia ablatiiviseen materiaalinkäsittelyyn ja erittäin tarkkoihin mikrotyöstösovelluksiin.
Julkaisun aika: 06.11.2023