مروری بر توسعه لیزر نیمه‌هادی پرتوان - بخش دوم

نمای کلی از توان بالالیزر نیمه هادیبخش دوم توسعه

لیزر فیبر.
لیزرهای فیبری روشی مقرون به صرفه برای تبدیل روشنایی لیزرهای نیمه‌هادی پرقدرت ارائه می‌دهند. اگرچه اپتیک مالتی پلکس کننده طول موج می‌تواند لیزرهای نیمه‌هادی با روشنایی نسبتاً کم را به لیزرهای روشن‌تر تبدیل کند، اما این امر به قیمت افزایش پهنای طیفی و پیچیدگی فوتومکانیکی تمام می‌شود. لیزرهای فیبری به ویژه در تبدیل روشنایی مؤثر بوده‌اند.

فیبرهای دو غلافه که در دهه 1990 معرفی شدند، با استفاده از یک هسته تک مد که توسط روکش چند مدی احاطه شده است، می‌توانند به طور مؤثر لیزرهای پمپ نیمه‌هادی چند مدی با توان بالاتر و هزینه کمتر را به فیبر وارد کنند و روشی اقتصادی‌تر برای تبدیل لیزرهای نیمه‌هادی پرقدرت به منابع نور روشن‌تر ایجاد کنند. برای فیبرهای آلاییده شده با ایتربیوم (Yb)، پمپ یک باند جذب پهن با مرکز 915 نانومتر یا یک باند جذب باریک‌تر نزدیک 976 نانومتر را تحریک می‌کند. با نزدیک شدن طول موج پمپاژ به طول موج لیزر لیزر فیبری، کسری کوانتومی به اصطلاح کاهش می‌یابد که باعث به حداکثر رساندن راندمان و به حداقل رساندن میزان گرمای تلف شده‌ای می‌شود که باید دفع شود.

لیزرهای فیبریو لیزرهای حالت جامد با پمپ دیودی هر دو به افزایش درخشندگی متکی هستندلیزر دیودیبه طور کلی، با بهبود مداوم روشنایی لیزرهای دیودی، توان لیزرهایی که پمپ می‌کنند نیز افزایش می‌یابد. بهبود روشنایی لیزرهای نیمه‌هادی منجر به افزایش تبدیل روشنایی کارآمدتر می‌شود.

همانطور که انتظار داریم، روشنایی فضایی و طیفی برای سیستم‌های آینده که پمپاژ با کمبود کوانتومی کم را برای ویژگی‌های جذب باریک در لیزرهای حالت جامد و همچنین طرح‌های استفاده مجدد از طول موج متراکم برای کاربردهای مستقیم لیزر نیمه‌هادی امکان‌پذیر می‌سازند، ضروری خواهد بود.

شکل ۲: افزایش روشنایی لامپ‌های پرقدرتلیزرهای نیمه‌هادیاجازه می‌دهد برنامه‌ها گسترش یابند

بازار و کاربرد

پیشرفت‌ها در لیزرهای نیمه‌هادی پرتوان، کاربردهای مهم بسیاری را ممکن ساخته است. از آنجایی که هزینه به ازای هر وات روشنایی لیزرهای نیمه‌هادی پرتوان به صورت تصاعدی کاهش یافته است، این لیزرها هم جایگزین فناوری‌های قدیمی می‌شوند و هم امکان تولید دسته‌های جدیدی از محصولات را فراهم می‌کنند.

با افزایش بیش از 10 برابری هزینه و عملکرد در هر دهه، لیزرهای نیمه‌هادی پرقدرت بازار را به شیوه‌های غیرمنتظره‌ای متحول کرده‌اند. اگرچه پیش‌بینی دقیق کاربردهای آینده دشوار است، اما نگاهی به سه دهه گذشته برای تصور امکانات دهه آینده نیز آموزنده است (شکل 2 را ببینید).

وقتی هال بیش از ۵۰ سال پیش لیزرهای نیمه‌هادی را به نمایش گذاشت، انقلابی در فناوری به پا کرد. مانند قانون مور، هیچ‌کس نمی‌توانست دستاوردهای درخشان لیزرهای نیمه‌هادی پرقدرت را که با نوآوری‌های متنوع و مختلفی همراه بود، پیش‌بینی کند.

آینده لیزرهای نیمه‌هادی
هیچ قانون اساسی فیزیک وجود ندارد که این پیشرفت‌ها را کنترل کند، اما پیشرفت مداوم فناوری احتمالاً این توسعه نمایی را در شکوه و جلال حفظ خواهد کرد. لیزرهای نیمه‌رسانا همچنان جایگزین فناوری‌های سنتی خواهند شد و نحوه ساخت اشیا را بیشتر تغییر خواهند داد. مهم‌تر از آن برای رشد اقتصادی، لیزرهای نیمه‌رسانای پرقدرت، آنچه را که می‌توان ساخت نیز تغییر خواهند داد.