Pangkalahatang-ideya ng pagbuo ng high power semiconductor laser, unang bahagi

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

Habang patuloy na bumubuti ang kahusayan at lakas, ang mga laser diode (driver ng laser diode) ay patuloy na papalit sa mga tradisyunal na teknolohiya, sa gayon ay binabago ang paraan ng paggawa ng mga bagay-bagay at nagbibigay-daan sa pag-unlad ng mga bagong bagay. Limitado rin ang pag-unawa sa mga makabuluhang pagpapabuti sa mga high-power semiconductor laser. Ang conversion ng mga electron sa mga laser sa pamamagitan ng mga semiconductor ay unang ipinakita noong 1962, at sumunod ang iba't ibang komplementaryong pagsulong na nagtulak ng malalaking pagsulong sa conversion ng mga electron sa mga high-productivity laser. Ang mga pagsulong na ito ay sumuporta sa mahahalagang aplikasyon mula sa optical storage hanggang sa optical networking sa malawak na hanay ng mga industriyal na larangan.

Ang isang 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 larangan ng ekonomiya. Sa katunayan, sa patuloy na pagpapabuti ng mga high-power semiconductor laser, ang larangan ng aplikasyon nito ay magpapabilis sa paglawak, at magkakaroon ng malalim na epekto sa paglago ng ekonomiya.

Pigura 1: Paghahambing ng luminance at batas ni Moore ng mga high power semiconductor laser

Mga solid-state laser na pinapagana ng diode atmga fiber laser

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

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

Mga solid-state laser na pinapagana ng diode.
Noong huling bahagi ng dekada 1980, ang paggamit ng mga semiconductor laser upang magbomba ng mga solid-state laser ay nagsimulang makakuha ng malaking interes sa komersyo. Ang mga diode-pumped solid-state laser (DPSSL) ay lubhang nagbabawas sa laki at kasalimuotan ng mga thermal management system (pangunahing mga cycle cooler) at gain module, na dating gumagamit ng mga arc lamp upang magbomba ng mga solid-state laser crystal.

Ang wavelength ng semiconductor laser ay pinipili batay sa pagsasanib ng mga katangian ng spectral absorption sa gain medium ng solid-state laser, na maaaring makabuluhang bawasan ang thermal load kumpara sa wideband emission spectrum ng arc lamp. Kung isasaalang-alang ang katanyagan ng mga neodymium-doped laser na naglalabas ng 1064nm wavelength, ang 808nm semiconductor laser ay naging pinakaproduktibong produkto sa produksyon ng semiconductor laser sa loob ng mahigit 20 taon.

Ang pinahusay na kahusayan sa pagbomba ng diode ng ikalawang henerasyon ay naging posible dahil sa pagtaas ng liwanag ng mga multi-mode semiconductor laser at ang kakayahang patatagin ang makikipot na emission linewidth gamit ang bulk Bragg gratings (VBGS) noong kalagitnaan ng dekada 2000. Ang mahina at makitid na spectral absorption characteristics na humigit-kumulang 880nm ay pumukaw ng malaking interes sa mga spectrally stable high brightness pump diode. Ang mga high-performance laser na ito ay nagbibigay-daan upang direktang magbomba ng neodymium sa itaas na antas ng laser na 4F3/2, na binabawasan ang quantum deficits at sa gayon ay pinapabuti ang fundamental mode extraction sa mas mataas na average power, na kung hindi man ay malilimitahan ng mga thermal lens.

Pagsapit ng unang bahagi ng ikalawang dekada ng siglong ito, nasaksihan natin ang isang makabuluhang pagtaas ng lakas sa mga single-transverse mode 1064nm laser, pati na rin ang kanilang mga frequency conversion laser na gumagana sa visible at ultraviolet wavelengths. Dahil sa mahabang upper energy lifetime ng Nd: YAG at Nd: YVO4, ang mga DPSSL Q-switched operation na ito ay nagbibigay ng mataas na pulse energy at peak power, na ginagawa itong mainam para sa ablative material processing at high-precision micromachining applications.