Tinjauan umum pengembangan laser semikonduktor daya tinggi bagian satu

Ikhtisar daya tinggilaser semikonduktorbagian pengembangan satu

Seiring dengan peningkatan efisiensi dan daya, dioda laser (driver dioda laser) akan terus menggantikan teknologi tradisional, sehingga mengubah cara pembuatan sesuatu dan memungkinkan pengembangan hal-hal baru. Pemahaman tentang peningkatan signifikan dalam laser semikonduktor berdaya tinggi juga terbatas. Konversi elektron menjadi laser melalui semikonduktor pertama kali didemonstrasikan pada tahun 1962, dan berbagai kemajuan pelengkap telah menyusul yang mendorong kemajuan besar dalam konversi elektron menjadi laser produktivitas tinggi. Kemajuan ini telah mendukung aplikasi penting, mulai dari penyimpanan optik hingga jaringan optik, hingga berbagai bidang industri.

Tinjauan atas kemajuan-kemajuan ini dan perkembangan kumulatifnya menyoroti potensi dampak yang lebih besar dan lebih luas di berbagai bidang ekonomi. Bahkan, dengan peningkatan berkelanjutan laser semikonduktor berdaya tinggi, bidang penerapannya akan mempercepat ekspansi, dan akan berdampak besar pada pertumbuhan ekonomi.

Gambar 1: Perbandingan luminansi dan hukum Moore pada laser semikonduktor daya tinggi

Laser solid-state yang dipompa dioda danlaser serat

Kemajuan dalam laser semikonduktor berdaya tinggi juga telah mengarah pada pengembangan teknologi laser hilir, di mana laser semikonduktor biasanya digunakan untuk membangkitkan (memompa) kristal terdoping (laser solid-state terpompa dioda) atau serat terdoping (laser serat).

Meskipun laser semikonduktor menyediakan energi laser yang efisien, kecil, dan berbiaya rendah, laser ini juga memiliki dua keterbatasan utama: tidak menyimpan energi dan kecerahannya terbatas. Pada dasarnya, banyak aplikasi membutuhkan dua laser yang bermanfaat; satu digunakan untuk mengubah listrik menjadi emisi laser, dan yang lainnya digunakan untuk meningkatkan kecerahan emisi tersebut.

Laser solid-state yang dipompa dioda.
Pada akhir 1980-an, penggunaan laser semikonduktor untuk memompa laser solid-state mulai mendapatkan perhatian komersial yang signifikan. Laser solid-state yang dipompa dioda (DPSSL) secara drastis mengurangi ukuran dan kompleksitas sistem manajemen termal (terutama pendingin siklus) dan modul penguatan, yang sebelumnya menggunakan lampu busur untuk memompa kristal laser solid-state.

Panjang gelombang laser semikonduktor dipilih berdasarkan tumpang tindih karakteristik penyerapan spektral dengan media penguatan laser solid-state, yang dapat mengurangi beban termal secara signifikan dibandingkan dengan spektrum emisi pita lebar lampu busur. Mengingat popularitas laser berdoping neodymium yang memancarkan panjang gelombang 1064 nm, laser semikonduktor 808 nm telah menjadi produk paling produktif dalam produksi laser semikonduktor selama lebih dari 20 tahun.

Peningkatan efisiensi pemompaan dioda generasi kedua dimungkinkan oleh peningkatan kecerahan laser semikonduktor multi-mode dan kemampuan untuk menstabilkan lebar garis emisi yang sempit menggunakan kisi Bragg massal (VBGS) pada pertengahan tahun 2000-an. Karakteristik penyerapan spektral yang lemah dan sempit di sekitar 880 nm telah membangkitkan minat besar terhadap dioda pompa kecerahan tinggi yang stabil secara spektral. Laser berkinerja lebih tinggi ini memungkinkan pemompaan neodymium secara langsung pada level laser atas 4F3/2, mengurangi defisit kuantum dan dengan demikian meningkatkan ekstraksi mode fundamental pada daya rata-rata yang lebih tinggi, yang jika tidak demikian akan dibatasi oleh lensa termal.

Pada awal dekade kedua abad ini, kita menyaksikan peningkatan daya yang signifikan pada laser mode transversal tunggal 1064nm, serta laser konversi frekuensinya yang beroperasi pada panjang gelombang tampak dan ultraviolet. Mengingat masa pakai energi atas Nd:YAG dan Nd:YVO4 yang panjang, operasi Q-switched DPSSL ini menghasilkan energi pulsa dan daya puncak yang tinggi, menjadikannya ideal untuk pemrosesan material ablatif dan aplikasi mikromachining presisi tinggi.