Gambaran umum pengembangan laser semikonduktor daya tinggi bagian satu

Gambaran umum daya tinggilaser semikonduktorpengembangan bagian satu

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

Tinjauan terhadap kemajuan ini dan perkembangan kumulatifnya menyoroti potensi dampak yang lebih besar dan lebih luas di banyak bidang ekonomi. Bahkan, dengan peningkatan berkelanjutan pada laser semikonduktor daya tinggi, bidang aplikasinya akan semakin berkembang pesat, 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 menyebabkan pengembangan teknologi laser hilir, di mana laser semikonduktor biasanya digunakan untuk mengeksitasi (memompa) kristal yang didoping (laser solid-state yang dipompa dioda) atau serat yang didoping (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 membutuhkan 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 mendapatkan minat komersial yang signifikan. Laser solid-state yang dipompa dioda (DPSSL) secara dramatis mengurangi ukuran dan kompleksitas sistem manajemen termal (terutama pendingin siklus) dan modul penguatan, yang secara historis menggunakan lampu busur untuk memompa kristal laser solid-state.

Panjang gelombang laser semikonduktor dipilih berdasarkan tumpang tindih karakteristik penyerapan spektral dengan medium penguatan laser solid-state, yang dapat secara signifikan mengurangi beban termal dibandingkan dengan spektrum emisi pita lebar lampu busur. Mengingat popularitas laser yang didoping 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 berkat 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 pada dioda pompa kecerahan tinggi yang stabil secara spektral. Laser berkinerja lebih tinggi ini memungkinkan pemompaan 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 mode transversal tunggal 1064nm, serta laser konversi frekuensinya yang beroperasi pada panjang gelombang tampak dan ultraviolet. Mengingat masa pakai energi atas yang panjang dari Nd:YAG dan Nd:YVO4, operasi DPSSL Q-switched ini memberikan energi pulsa dan daya puncak yang tinggi, menjadikannya ideal untuk pemrosesan material ablatif dan aplikasi permesinan mikro presisi tinggi.