סקירה כללית של פיתוח לייזר מוליך למחצה גבוה

סקירה כללית של כוח גבוהלייזר מוליכים למחצהפיתוח חלק ראשון

כאשר היעילות והכוח ממשיכים להשתפר, דיודות לייזר (נהג דיודות לייזר) ימשיך להחליף טכנולוגיות מסורתיות, ובכך ישנה את אופן ביצוע הדברים ולאפשר פיתוח דברים חדשים. ההבנה של השיפורים המשמעותיים בלייזרים מוליכים למחצה בעלי עוצמה גבוהה מוגבלת גם היא. ההמרה של אלקטרונים ללייזרים באמצעות מוליכים למחצה הודגמה לראשונה בשנת 1962, ובעקבותיו מגוון רחב של התקדמות משלימה שהניעו התקדמות עצומה בהמרה של אלקטרונים ללייזרים בעלי פרודוקטיביות גבוהה. התקדמות זו תמכה ביישומים חשובים מאחסון אופטי לרשת אופטית למגוון רחב של שדות תעשייתיים.

סקירה של התקדמות זו וההתקדמות המצטברת שלהם מדגישה את הפוטנציאל להשפעה גדולה יותר ומפוצצת יותר בתחומים רבים במשק. למעשה, עם השיפור המתמיד של לייזרים מוליכים למחצה בעלי עוצמה גבוהה, תחום היישום שלו יאיץ את ההתרחבות, ויהיה השפעה עמוקה על הצמיחה הכלכלית.

איור 1: השוואה בין זוהר וחוק מור של לייזרים מוליכים למחצה בעלי כוח גבוה

לייזרים של מדינות מוצקות לשוטף דיודה ולייזרי סיבים

ההתקדמות בלייזרי מוליכים למחצה בעלי עוצמה גבוהה הובילה גם היא להתפתחות של טכנולוגיית לייזר במורד הזרם, שם בדרך כלל משתמשים בלייזרי מוליכים למחצה כדי לרגש (משאבה) גבישים מסוממים (לייזרים של מצב מוצק של דיודה) או סיבים מסוממים (לייזרי סיבים).

אף על פי שליזרי מוליכים למחצה מספקים אנרגיה לייזר יעילה, קטנה ונמוכה בעלות נמוכה, יש להם גם שתי מגבלות עיקריות: הם אינם מאחסנים אנרגיה והבהירות שלהם מוגבלת. בעיקרון, יישומים רבים דורשים שני לייזרים שימושיים; האחד משמש להמרת חשמל לפליטת לייזר, והשני משמש לשיפור הבהירות של אותה פליטה.

לייזרים של מדינות מוצקות של דיודה.
בסוף שנות השמונים, השימוש בלייזרים מוליכים למחצה כדי לשאוב לייזרים במצב מוצק החל להשיג עניין מסחרי משמעותי. לייזרים של מדינות מוצקות של דיודה (DPSSL) מצמצמות באופן דרמטי את הגודל והמורכבות של מערכות ניהול תרמי (בעיקר מצננים מחזור) ומודולי רווח, אשר באופן היסטורי השתמשו במנורות קשת כדי לשאוב גבישי לייזר במצב מוצק.

אורך הגל של לייזר המוליכים למחצה נבחר על בסיס חפיפה של מאפייני ספיגה ספקטרלית עם מדיום הרווח של לייזר המדינות המוצקות, שיכול להפחית משמעותית את העומס התרמי בהשוואה לספקטרום פליטת הרוחב של מנורת ה- ARC. בהתחשב בפופולריות של לייזרים מסוממים ניאודימיום הפולטים אורך גל של 1064 ננומטר, לייזר מוליכים למחצה של 808 ננומטר הפך למוצר היצרני ביותר בייצור לייזר מוליכים למחצה במשך למעלה מעשרים שנה.

יעילות שאיבת הדיודה המשופרת של הדור השני התאפשרה על ידי הבהירות המוגברת של לייזרי מוליכים למחצה מרובי-מצב והיכולת לייצב רוחב קו פליטה צרים באמצעות סריגי Bragg בתפזורת (VBG) באמצע שנות האלפיים. מאפייני הספיגה הספקטרלית החלשים והצרים של בערך 880 ננומטר עוררו עניין רב בדיודות משאבת בהירות גבוהה ביציבות. לייזרים בעלי ביצועים גבוהים יותר מאפשרים לשאוב את Neodymium ישירות ברמת הלייזר העליונה של 4F3/2, להפחית את הגירעונות הקוונטיים ובכך לשפר את מיצוי המצב הבסיסי בהספק ממוצע גבוה יותר, שאחרת יוגבל על ידי עדשות תרמיות.

בעשור השני הראשון של המאה הנוכחית, היינו עדים לעליית כוח משמעותית במצבי הלייזרים של 1064 ננומטר, כמו גם לייזרי המרת התדרים שלהם הפועלים באורכי הגל הגלויים והאולטרה סגוליים. בהתחשב בחיי האנרגיה הארוכים העליונים של ND: YAG ו- ND: YVO4, פעולות ה- DPSSL Q-Switche אלה מספקות אנרגיה גבוהה לדופק וכוח שיא, מה שהופך אותם לאידיאליים לעיבוד חומרים אבלטיביים ויישומים מיקרומביזציה בעלי דיוק גבוה.