Ikhtisar pengembangan laser semikonduktor daya tinggi bagian pertama

Ikhtisar kekuatan tinggilaser semikonduktorpengembangan bagian pertama

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

Tinjauan terhadap kemajuan-kemajuan ini dan kemajuan kumulatifnya menyoroti potensi dampak yang lebih besar dan lebih luas di banyak bidang perekonomian. Faktanya, dengan peningkatan berkelanjutan pada laser semikonduktor berdaya tinggi, bidang penerapannya akan mempercepat perluasannya, dan akan berdampak besar pada pertumbuhan ekonomi.

Gambar 1: Perbandingan pencahayaan dan hukum Moore tentang laser semikonduktor daya tinggi

Laser solid-state yang dipompa dioda danlaser serat

Kemajuan dalam laser semikonduktor berdaya tinggi juga mengarah pada pengembangan teknologi laser hilir, di mana laser semikonduktor biasanya digunakan untuk merangsang (memompa) kristal yang diolah (laser solid-state yang dipompa dioda) atau serat yang diolah (laser serat).

Meskipun laser semikonduktor menghasilkan energi laser yang efisien, kecil, dan berbiaya rendah, laser semikonduktor juga memiliki dua keterbatasan utama: laser tidak menyimpan energi dan kecerahannya terbatas. Pada dasarnya, banyak aplikasi memerlukan dua laser yang berguna; 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 tahun 1980an, penggunaan laser semikonduktor untuk memompa laser solid-state mulai mendapat perhatian komersial yang signifikan. Laser solid-state yang dipompa dioda (DPSSL) secara dramatis mengurangi ukuran dan kompleksitas sistem manajemen termal (terutama pendingin siklus) dan mendapatkan modul, yang secara historis menggunakan lampu busur untuk memompa kristal laser solid-state.

Panjang gelombang laser semikonduktor dipilih berdasarkan tumpang tindih karakteristik serapan spektral dengan media penguatan laser solid-state, yang secara signifikan dapat mengurangi beban termal dibandingkan dengan spektrum emisi pita lebar lampu busur. Mengingat popularitas laser doping neodymium yang memancarkan panjang gelombang 1064nm, laser semikonduktor 808nm 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-kisi Bragg massal (VBGS) pada pertengahan tahun 2000-an. Karakteristik penyerapan spektral yang lemah dan sempit sekitar 880nm telah membangkitkan minat besar pada dioda pompa kecerahan tinggi yang stabil secara spektral. Laser berperforma lebih tinggi ini memungkinkan untuk memompa neodymium secara langsung pada tingkat laser atas 4F3/2, mengurangi defisit kuantum dan dengan demikian meningkatkan ekstraksi mode fundamental pada daya rata-rata yang lebih tinggi, yang jika tidak akan dibatasi oleh lensa termal.

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