Tổng quan về công suất caolaser bán dẫnphần phát triển thứ nhất
Khi hiệu suất và công suất tiếp tục được cải thiện, điốt laser (bộ điều khiển điốt laserCông nghệ laser bán dẫn công suất cao sẽ tiếp tục thay thế các công nghệ truyền thống, từ đó thay đổi cách thức sản xuất và tạo điều kiện cho sự phát triển của những sản phẩm mới. Sự hiểu biết về những cải tiến đáng kể trong laser bán dẫn công suất cao cũng còn hạn chế. Việc chuyển đổi electron thành laser thông qua chất bán dẫn lần đầu tiên được chứng minh vào năm 1962, và nhiều tiến bộ bổ sung khác đã tiếp nối, thúc đẩy những bước tiến vượt bậc trong việc chuyển đổi electron thành laser năng suất cao. Những tiến bộ này đã hỗ trợ các ứng dụng quan trọng từ lưu trữ quang học đến mạng quang học và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.
Việc xem xét những tiến bộ này và sự phát triển tích lũy của chúng cho thấy tiềm năng tác động lớn hơn và sâu rộng hơn nữa trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế. Trên thực tế, với sự cải tiến liên tục của các laser bán dẫn công suất cao, lĩnh vực ứng dụng của chúng sẽ tăng tốc mở rộng và sẽ có tác động sâu sắc đến tăng trưởng kinh tế.
Hình 1: So sánh độ sáng và định luật Moore của laser bán dẫn công suất cao
Laser trạng thái rắn được bơm bằng điốt vàlaser sợi quang
Những tiến bộ trong công nghệ laser bán dẫn công suất cao cũng đã dẫn đến sự phát triển của công nghệ laser hạ nguồn, trong đó laser bán dẫn thường được sử dụng để kích thích (bơm) các tinh thể pha tạp (laser trạng thái rắn bơm bằng diode) hoặc các sợi quang pha tạp (laser sợi quang).
Mặc dù laser bán dẫn cung cấp năng lượng laser hiệu quả, nhỏ gọn và giá thành thấp, chúng cũng có hai hạn chế chính: chúng không lưu trữ năng lượng và độ sáng bị hạn chế. Về cơ bản, nhiều ứng dụng yêu cầu hai loại laser hữu ích; một loại được sử dụng để chuyển đổi điện năng thành bức xạ laser, và loại kia được sử dụng để tăng cường độ sáng của bức xạ đó.
Laser trạng thái rắn được bơm bằng điốt.
Vào cuối những năm 1980, việc sử dụng laser bán dẫn để kích thích laser trạng thái rắn bắt đầu thu hút sự quan tâm đáng kể về mặt thương mại. Laser trạng thái rắn được kích thích bằng diode (DPSSL) làm giảm đáng kể kích thước và độ phức tạp của hệ thống quản lý nhiệt (chủ yếu là bộ làm mát chu kỳ) và các mô-đun khuếch đại, vốn trước đây sử dụng đèn hồ quang để kích thích tinh thể laser trạng thái rắn.
Bước sóng của laser bán dẫn được lựa chọn dựa trên sự trùng lặp đặc tính hấp thụ quang phổ với môi trường khuếch đại của laser trạng thái rắn, điều này có thể giảm đáng kể tải nhiệt so với phổ phát xạ băng rộng của đèn hồ quang. Xét đến sự phổ biến của laser pha tạp neodymium phát ra bước sóng 1064nm, laser bán dẫn 808nm đã trở thành sản phẩm hiệu quả nhất trong sản xuất laser bán dẫn trong hơn 20 năm qua.
Hiệu suất bơm diode được cải thiện của thế hệ thứ hai có được nhờ độ sáng tăng lên của các laser bán dẫn đa chế độ và khả năng ổn định độ rộng vạch phát xạ hẹp bằng cách sử dụng cách tử Bragg khối (VBGS) vào giữa những năm 2000. Đặc tính hấp thụ quang phổ yếu và hẹp ở khoảng 880nm đã khơi dậy sự quan tâm lớn đến các diode bơm có độ sáng cao và ổn định quang phổ. Các laser hiệu suất cao hơn này cho phép bơm trực tiếp neodymium ở mức laser trên 4F3/2, giảm thiểu sự thiếu hụt lượng tử và do đó cải thiện việc trích xuất chế độ cơ bản ở công suất trung bình cao hơn, điều mà nếu không sẽ bị hạn chế bởi các thấu kính nhiệt.
Vào đầu thập niên thứ hai của thế kỷ này, chúng ta đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể về công suất của các laser đơn mode ngang 1064nm, cũng như các laser chuyển đổi tần số hoạt động trong vùng bước sóng nhìn thấy và tia cực tím. Với thời gian tồn tại năng lượng cao của Nd:YAG và Nd:YVO4, các hoạt động chuyển mạch Q của DPSSL này cung cấp năng lượng xung và công suất đỉnh cao, lý tưởng cho các ứng dụng xử lý vật liệu bằng phương pháp bóc tách và gia công vi mô chính xác cao.
Thời gian đăng bài: 06/11/2023