Tổng quan về công suất caolaser bán dẫnphát triển phần một
Khi hiệu suất và công suất tiếp tục được cải thiện, điốt laser(trình điều khiển diode laser) sẽ tiếp tục thay thế các công nghệ truyền thống, qua đó thay đổi cách thức sản xuất và cho phép phát triển những thứ mới. 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 sau đó đã thúc đẩy những tiến bộ 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, cho đến nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.
Việc xem xét lại những tiến bộ này và những tiến triển tích lũy của chúng làm nổi bật 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 laser bán dẫn công suất cao, lĩnh vực ứng dụng của nó sẽ đẩy nhanh sự mở rộng và 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 diode vàlaser sợi quang
Những tiến bộ trong công nghệ laser bán dẫn công suất cao cũng 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 được bơm bằng diode) hoặc sợi pha tạp (laser sợi quang).
Mặc dù laser bán dẫn cung cấp năng lượng laser hiệu quả, nhỏ gọn và chi phí thấp, nhưng chúng cũng có hai hạn chế chính: không lưu trữ năng lượng và độ sáng bị hạn chế. Về cơ bản, nhiều ứng dụng yêu cầu hai laser hữu ích; một được sử dụng để chuyển đổi điện năng thành phát xạ laser, và một được sử dụng để tăng cường độ sáng của phát xạ đó.
Laser trạng thái rắn được bơm bằng diode.
Vào cuối những năm 1980, việc sử dụng laser bán dẫn để bơm laser thể rắn bắt đầu thu hút sự quan tâm thương mại đáng kể. Laser thể rắn bơm diode (DPSSL) làm giảm đáng kể kích thước và độ phức tạp của các 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 bơm tinh thể laser thể rắn.
Bước sóng của laser bán dẫn được lựa chọn dựa trên sự chồng lấn của các đặc tính hấp thụ phổ với môi trường khuếch đại của laser thể rắn, 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 có năng suất cao nhất trong sản xuất laser bán dẫn trong hơn 20 năm qua.
Hiệu suất bơm diode thế hệ thứ hai được cải thiện nhờ độ sáng tăng lên của laser bán dẫn đa chế độ và khả năng ổn định vạch phát xạ hẹp bằng cách sử dụng cách tử Bragg khối (VBGS) vào giữa những năm 2000. Đặc tính hấp thụ phổ yếu và hẹp ở khoảng 880 nm đã khơi dậy sự quan tâm lớn đến diode bơm độ sáng cao, ổn định về mặt phổ. Các laser hiệu suất cao này cho phép bơm neodymium trực tiếp ở mức laser cao hơn 4F3/2, giảm thiểu thâm hụt lượng tử và do đó cải thiện việc trích xuất mode cơ bản ở công suất trung bình cao hơn, vốn thường bị giới hạn bởi thấu kính nhiệt.
Vào đầu thập kỷ thứ hai của thế kỷ này, chúng ta đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể công suất của laser 1064nm chế độ ngang đơn, cũng như laser chuyển đổi tần số hoạt động ở bước sóng khả kiến và cực tím. Với thời gian sống năng lượng trên dài của Nd: YAG và Nd: YVO4, các hoạt động DPSSL Q-switched này cung cấp năng lượng xung và công suất cực đại cao, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng xử lý vật liệu mài mòn và vi gia công chính xác cao.
Thời gian đăng: 06-11-2023