Tổng quan về công suất caolaser bán dẫnphát triển phần một
Khi hiệu suất và công suất tiếp tục được cải thiện, diode laser (trình điều khiển diode laser) sẽ tiếp tục thay thế các công nghệ truyền thống, do đó thay đổi cách thức tạo ra mọi thứ và cho phép phát triển những thứ mới. Sự hiểu biết về những cải tiến đáng kể trong laser bán dẫn công suất cao cũng bị 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 nhau đã theo sau, thúc đẩy những tiến bộ to lớn 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 nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
Việc xem xét những tiến bộ này và tiến trình tích lũy của chúng làm nổi bật tiềm năng tác động lớn hơn và lan tỏa 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 quá trình 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 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 và chi phí thấp, nhưng chúng cũng có hai hạn chế chính: chúng không lưu trữ năng lượng và độ sáng của chúng bị hạn chế. Về cơ bản, nhiều ứng dụng yêu cầu hai laser hữu ích; Một được sử dụng để chuyển đổi điện thành phát xạ laser và cái còn lại 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 trạng thái rắn bắt đầu thu hút được sự quan tâm thương mại đáng kể. Laser trạng thái 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 trạng thái rắn.
Bước sóng của laser bán dẫn được lựa chọn dựa trên sự chồng lấn của các đặc điểm hấp thụ quang phổ với môi trường khuếch đại của laser trạng thái rắn, có thể làm giảm đáng kể tải nhiệt so với phổ phát xạ băng rộng của đèn hồ quang. Xem xét 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.
Hiệu suất bơm diode cải tiến của thế hệ thứ hai có thể thực hiện được nhờ độ sáng tăng lên của laser bán dẫn đa chế độ và khả năng ổn định các vạch phát xạ hẹp bằng cách sử dụng các mạng Bragg khối (VBGS) vào giữa những năm 2000. Các đặc tính hấp thụ phổ yếu và hẹp khoảng 880nm đã khơi dậy sự quan tâm lớn đối với các diode bơm độ sáng cao ổn định về mặt phổ. Các laser hiệu suất cao hơn này giúp có thể bơm neodymium trực tiếp ở mức laser trên của 4F3/2, giảm thâm hụt lượng tử và do đó cải thiện việc trích xuất chế độ cơ bản ở công suất trung bình cao hơn, nếu không sẽ bị giới hạn bởi các thấu kính nhiệt.
Vào đầu thập kỷ thứ hai của thế kỷ này, chúng ta đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể về công suất của laser 1064nm chế độ ngang đơn, cũng như laser chuyển đổi tần số của chúng 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 cao và công suất cực đại, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng xử lý vật liệu mài mòn và gia công vi mô có độ chính xác cao.
Thời gian đăng: 06-11-2023