Pangkalahatang-ideya ng high power semiconductor laser development part one

Pangkalahatang-ideya ng mataas na kapangyarihanlaser ng semiconductorunang bahagi ng pag-unlad

Habang patuloy na nagpapabuti ang kahusayan at kapangyarihan, ang mga laser diode (driver ng laser diodes) ay patuloy na papalitan ang mga tradisyunal na teknolohiya, sa gayon ay binabago ang paraan ng paggawa ng mga bagay at pagpapagana ng pagbuo ng mga bagong bagay. Ang pag-unawa sa mga makabuluhang pagpapabuti sa high-power semiconductor lasers ay limitado rin. Ang conversion ng mga electron sa mga laser sa pamamagitan ng mga semiconductor ay unang ipinakita noong 1962, at isang malawak na iba't ibang mga komplementaryong pagsulong ang sumunod na nagtulak ng malalaking pag-unlad sa conversion ng mga electron sa mga high-productivity na laser. Sinuportahan ng mga pagsulong na ito ang mahahalagang aplikasyon mula sa optical storage hanggang optical networking hanggang sa malawak na hanay ng mga industriyal na larangan.

Ang pagsusuri sa mga pagsulong na ito at ang kanilang pinagsama-samang pag-unlad ay nagpapakita ng potensyal para sa mas malaki at mas malawak na epekto sa maraming bahagi ng ekonomiya. Sa katunayan, sa patuloy na pagpapabuti ng high-power semiconductor lasers, ang larangan ng aplikasyon nito ay magpapabilis sa pagpapalawak, at magkakaroon ng malalim na epekto sa paglago ng ekonomiya.

Figure 1: Paghahambing ng luminance at Moore's law ng high power semiconductor lasers

Diode-pumped solid-state lasers atfiber lasers

Ang mga pag-unlad sa high-power semiconductor lasers ay humantong din sa pag-unlad ng downstream laser technology, kung saan ang mga semiconductor laser ay karaniwang ginagamit upang pasiglahin (pump) ang doped crystals (diode-pumped solid-state lasers) o doped fibers (fiber lasers).

Bagama't ang mga semiconductor laser ay nagbibigay ng mahusay, maliit, at murang laser energy, mayroon din silang dalawang pangunahing limitasyon: hindi sila nag-iimbak ng enerhiya at limitado ang kanilang liwanag. Karaniwan, maraming mga aplikasyon ang nangangailangan ng dalawang kapaki-pakinabang na laser; Ang isa ay ginagamit upang i-convert ang kuryente sa isang laser emission, at ang isa ay ginagamit upang mapahusay ang liwanag ng emission na iyon.

Diode-pumped solid-state na mga laser.
Noong huling bahagi ng 1980s, ang paggamit ng mga semiconductor laser upang mag-bomba ng solid-state na mga laser ay nagsimulang makakuha ng makabuluhang komersyal na interes. Ang mga diode-pumped solid-state lasers (DPSSL) ay kapansin-pansing binabawasan ang laki at pagiging kumplikado ng mga thermal management system (pangunahin ang mga cycle cooler) at makakuha ng mga module, na dati nang gumamit ng mga arc lamp upang mag-bomba ng solid-state na mga kristal na laser.

Ang wavelength ng semiconductor laser ay pinili batay sa overlap ng spectral absorption na mga katangian sa gain medium ng solid-state laser, na maaaring makabuluhang bawasan ang thermal load kumpara sa wideband emission spectrum ng arc lamp. Isinasaalang-alang ang katanyagan ng neodymium-doped lasers na naglalabas ng 1064nm wavelength, ang 808nm semiconductor laser ay naging pinakaproduktibong produkto sa semiconductor laser production sa loob ng higit sa 20 taon.

Ang pinahusay na diode pumping efficiency ng ikalawang henerasyon ay naging posible sa pamamagitan ng tumaas na ningning ng multi-mode semiconductor lasers at ang kakayahang patatagin ang mga makitid na emission linewidth gamit ang bulk Bragg gratings (VBGS) noong kalagitnaan ng 2000s. Ang mahina at makitid na spectral absorption na mga katangian ng humigit-kumulang 880nm ay nakapukaw ng malaking interes sa spectrally stable high brightness pump diodes. Ginagawang posible ng mga laser na ito na mas mataas ang performance na mag-pump ng neodymium nang direkta sa itaas na antas ng laser na 4F3/2, na binabawasan ang mga quantum deficits at sa gayo'y pinapabuti ang basic mode extraction sa mas mataas na average na kapangyarihan, na kung hindi man ay limitado ng mga thermal lens.

Sa unang bahagi ng ikalawang dekada ng siglong ito, nasaksihan namin ang isang makabuluhang pagtaas ng kapangyarihan sa single-transverse mode 1064nm lasers, pati na rin ang kanilang frequency conversion laser na tumatakbo sa nakikita at ultraviolet na mga wavelength. Dahil sa mahabang buhay ng upper energy ng Nd: YAG at Nd: YVO4, ang mga DPSSL Q-switched na operasyong ito ay nagbibigay ng mataas na pulse energy at peak power, na ginagawang perpekto ang mga ito para sa ablative material processing at high-precision micromachining application.