Visión xeral do desenvolvemento de láser de semicondutores de alta potencia, primeira parte

Visión xeral da alta potencialáser de semicondutoresdesenvolvemento primeira parte

A medida que a eficiencia e a potencia continúan mellorando, os díodos láser (controlador de diodos láser) seguirá substituíndo as tecnoloxías tradicionais, cambiando así a forma de facer as cousas e posibilitando o desenvolvemento de cousas novas. Tamén é limitada a comprensión das melloras significativas dos láseres de semicondutores de alta potencia. A conversión de electróns en láseres mediante semicondutores demostrouse por primeira vez en 1962, e sucederon unha gran variedade de avances complementarios que impulsaron enormes avances na conversión de electróns en láseres de alta produtividade. Estes avances admitiron aplicacións importantes desde o almacenamento óptico ata as redes ópticas ata unha ampla gama de campos industriais.

Unha revisión destes avances e do seu progreso acumulado pon de relevo o potencial de un impacto aínda maior e máis xeneralizado en moitas áreas da economía. De feito, coa mellora continua dos láseres de semicondutores de alta potencia, o seu campo de aplicación acelerará a expansión e terá un profundo impacto no crecemento económico.

Figura 1: Comparación da luminancia e a lei de Moore dos láseres semicondutores de alta potencia

Láseres de estado sólido bombeados por diodos eláseres de fibra

Os avances nos láseres de semicondutores de alta potencia tamén levaron ao desenvolvemento da tecnoloxía láser posterior, onde os láseres semicondutores adoitan usarse para excitar (bombear) cristais dopados (láseres de estado sólido bombeados con diodos) ou fibras dopadas (láseres de fibra).

Aínda que os láseres de semicondutores proporcionan enerxía láser eficiente, pequena e de baixo custo, tamén teñen dúas limitacións fundamentais: non almacenan enerxía e o seu brillo é limitado. Basicamente, moitas aplicacións requiren dous láseres útiles; Un úsase para converter a electricidade nunha emisión láser e o outro para mellorar o brillo desa emisión.

Láseres de estado sólido bombeados por diodos.
A finais da década de 1980, o uso de láseres semicondutores para bombear láseres de estado sólido comezou a gañar un importante interese comercial. Os láseres de estado sólido bombeados por diodos (DPSSL) reducen drasticamente o tamaño e a complexidade dos sistemas de xestión térmica (principalmente refrixeradores de ciclo) e os módulos de ganancia, que históricamente utilizaron lámpadas de arco para bombear cristais de láser de estado sólido.

A lonxitude de onda do láser semicondutor elíxese en función da superposición das características de absorción espectral co medio de ganancia do láser de estado sólido, o que pode reducir significativamente a carga térmica en comparación co espectro de emisión de banda ancha da lámpada de arco. Tendo en conta a popularidade dos láseres dopados con neodimio que emiten unha lonxitude de onda de 1064 nm, o láser de semicondutores de 808 nm converteuse no produto máis produtivo na produción de láser de semicondutores durante máis de 20 anos.

A mellora da eficiencia de bombeo de díodos da segunda xeración foi posible grazas ao aumento do brillo dos láseres de semicondutores multimodo e á capacidade de estabilizar anchos de liña de emisión estreitos usando reixas de Bragg a granel (VBGS) a mediados dos anos 2000. As débiles e estreitas características de absorción espectral duns 880 nm espertaron un gran interese nos díodos de bomba de alto brillo estables espectralmente. Estes láseres de maior rendemento permiten bombear neodimio directamente no nivel superior do láser 4F3/2, reducindo os déficits cuánticos e mellorando así a extracción do modo fundamental a maior potencia media, que doutro xeito estaría limitada polas lentes térmicas.

A principios da segunda década deste século, asistimos a un aumento significativo da potencia dos láseres de 1064 nm de modo transversal único, así como dos láseres de conversión de frecuencia que operaban nas lonxitudes de onda visible e ultravioleta. Dada a longa vida útil enerxética superior de Nd: YAG e Nd: YVO4, estas operacións de conmutación Q DPSSL proporcionan alta enerxía de pulso e potencia máxima, polo que son ideais para o procesamento de materiais ablativos e aplicacións de micromecanizado de alta precisión.