Tinjauan umum pengembangan laser semikonduktor daya tinggi bagian satu

Tinjauan daya tinggilaser semikonduktorpengembangan bagian satu

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

Tinjauan atas kemajuan ini dan kemajuan kumulatifnya menyoroti potensi dampak yang lebih besar dan lebih luas di banyak bidang ekonomi. Bahkan, dengan peningkatan berkelanjutan laser semikonduktor berdaya tinggi, bidang aplikasinya akan mempercepat perluasan, 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 daya tinggi juga telah mengarah pada pengembangan teknologi laser hilir, di mana laser semikonduktor biasanya digunakan untuk membangkitkan (memompa) kristal terdoping (laser solid-state yang dipompa 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: laser ini 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 1980-an, penggunaan laser semikonduktor untuk memompa laser solid-state mulai menarik minat 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 secara historis telah 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 dapat secara signifikan mengurangi beban termal dibandingkan dengan spektrum emisi pita lebar lampu busur. Mengingat popularitas laser berdoping 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 sempit menggunakan 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 dengan kinerja yang lebih tinggi ini memungkinkan untuk memompa 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 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 frekuensi yang beroperasi pada panjang gelombang tampak dan ultraviolet. Mengingat masa pakai energi atas yang panjang dari Nd:YAG dan Nd:YVO4, operasi Q-switched DPSSL ini memberikan energi pulsa tinggi dan daya puncak, sehingga menjadikannya ideal untuk pemrosesan material ablatif dan aplikasi mikromesin presisi tinggi.