نمای کلی توسعه لیزر نیمه هادی با توان بالا قسمت اول

مروری بر قدرت بالالیزر نیمه هادیتوسعه بخش اول

همانطور که بهره وری و قدرت همچنان بهبود می یابد، دیودهای لیزر (درایور دیودهای لیزر) به جایگزینی فن آوری های سنتی ادامه خواهد داد و در نتیجه نحوه ساخت اشیا را تغییر می دهد و امکان توسعه چیزهای جدید را فراهم می کند. درک پیشرفت های قابل توجه در لیزرهای نیمه هادی پرقدرت نیز محدود است. تبدیل الکترون ها به لیزر از طریق نیمه هادی ها برای اولین بار در سال 1962 نشان داده شد و طیف گسترده ای از پیشرفت های مکمل به دنبال آن پیشرفت های عظیمی را در تبدیل الکترون ها به لیزرهای با بهره وری بالا انجام داد. این پیشرفت ها از برنامه های کاربردی مهم از ذخیره سازی نوری گرفته تا شبکه های نوری و طیف گسترده ای از زمینه های صنعتی پشتیبانی کرده است.

مروری بر این پیشرفت‌ها و پیشرفت‌های انباشته آن‌ها، پتانسیل تأثیر حتی بیشتر و فراگیرتر را در بسیاری از حوزه‌های اقتصاد برجسته می‌کند. در واقع، با بهبود مستمر لیزرهای نیمه هادی پرقدرت، زمینه کاربرد آن، گسترش را تسریع کرده و تأثیر عمیقی بر رشد اقتصادی خواهد داشت.

شکل 1: مقایسه درخشندگی و قانون مور لیزرهای نیمه هادی با توان بالا

لیزرهای حالت جامد با پمپ دیود ولیزرهای فیبر

پیشرفت در لیزرهای نیمه هادی پرقدرت همچنین منجر به توسعه فناوری لیزر پایین دستی شده است، جایی که لیزرهای نیمه هادی معمولاً برای تحریک (پمپ) کریستال های دوپ شده (لیزرهای حالت جامد پمپ شده با دیود) یا الیاف دوپ شده (لیزرهای فیبر) استفاده می شوند.

اگرچه لیزرهای نیمه هادی انرژی لیزری کارآمد، کم و کم هزینه را ارائه می دهند، اما دو محدودیت کلیدی نیز دارند: آنها انرژی را ذخیره نمی کنند و روشنایی آنها محدود است. اساساً، بسیاری از کاربردها به دو لیزر مفید نیاز دارند. یکی برای تبدیل الکتریسیته به تابش لیزر و دیگری برای افزایش روشنایی آن تابش استفاده می شود.

لیزرهای حالت جامد با پمپ دیود.
در اواخر دهه 1980، استفاده از لیزرهای نیمه رسانا برای پمپاژ لیزرهای حالت جامد مورد توجه تجاری قابل توجهی قرار گرفت. لیزرهای حالت جامد پمپ شده با دیود (DPSSL) به طور چشمگیری اندازه و پیچیدگی سیستم‌های مدیریت حرارتی (عمدتاً خنک‌کننده‌های سیکلی) را کاهش می‌دهند و ماژول‌های افزایشی را کاهش می‌دهند، که در طول تاریخ از لامپ‌های قوس الکتریکی برای پمپاژ کریستال‌های لیزر حالت جامد استفاده می‌کردند.

طول موج لیزر نیمه هادی بر اساس همپوشانی ویژگی های جذب طیفی با محیط بهره لیزر حالت جامد انتخاب می شود که می تواند بار حرارتی را به طور قابل توجهی در مقایسه با طیف انتشار باند پهن لامپ قوس کاهش دهد. با توجه به محبوبیت لیزرهای دوپ شده با نئودیمیم که طول موج 1064 نانومتر ساطع می کنند، لیزر نیمه هادی 808 نانومتری برای بیش از 20 سال به پربازده ترین محصول در تولید لیزر نیمه هادی تبدیل شده است.

بهبود راندمان پمپاژ دیود نسل دوم با افزایش روشنایی لیزرهای نیمه هادی چند حالته و توانایی تثبیت پهنای خط انتشار باریک با استفاده از توری های براگ حجیم (VBGS) در اواسط دهه 2000 امکان پذیر شد. ویژگی های جذب طیفی ضعیف و باریک در حدود 880 نانومتر، علاقه زیادی را در دیودهای پمپ روشنایی بالا با ثبات طیفی برانگیخته است. این لیزرهای با کارایی بالاتر، پمپاژ نئودیمیم را مستقیماً در سطح لیزر بالایی 4F3/2 ممکن می‌سازد، کسری کوانتومی را کاهش می‌دهد و در نتیجه استخراج حالت اساسی را با توان متوسط ​​بالاتر بهبود می‌بخشد، که در غیر این صورت توسط لنزهای حرارتی محدود می‌شود.

در اوایل دهه دوم این قرن، ما شاهد افزایش توان قابل توجهی در لیزرهای 1064 نانومتری حالت تک عرضی و همچنین لیزرهای تبدیل فرکانس آنها بودیم که در طول موج مرئی و فرابنفش کار می کردند. با توجه به طول عمر بالای انرژی Nd: YAG و Nd: YVO4، این عملیات سوئیچ Q-DPSSL انرژی پالس بالایی و قدرت اوج را فراهم می‌کند و آنها را برای پردازش مواد فرسایشی و کاربردهای ریزماشینکاری با دقت بالا ایده‌آل می‌کند.