Überblick über die Entwicklung von Hochleistungs-Halbleiterlasern, Teil zwei

Überblick über HochleistungsHalbleiterlaserEntwicklung Teil zwei

Faserlaser.
Faserlaser bieten eine kostengünstige Möglichkeit, die Helligkeit von Hochleistungs-Halbleiterlasern zu erhöhen. Zwar lassen sich mit Wellenlängenmultiplex-Optiken auch Halbleiterlaser mit relativ geringer Helligkeit in hellere umwandeln, dies geht jedoch mit einer erhöhten spektralen Breite und photomechanischen Komplexität einher. Faserlaser haben sich bei der Helligkeitsumwandlung als besonders effektiv erwiesen.

Doppelmantelfasern, die in den 1990er Jahren eingeführt wurden und einen Einmodenkern mit Multimodenmantel verwenden, ermöglichen die effektive Einkopplung leistungsstärkerer und kostengünstigerer Multimoden-Halbleiter-Pumplaser in die Faser. Dadurch wird die Umwandlung von Hochleistungs-Halbleiterlasern in hellere Lichtquellen wirtschaftlicher. Bei Ytterbium-dotierten (Yb) Fasern regt der Pumpstrahl ein breites Absorptionsband mit einem Maximum bei 915 nm oder ein schmaleres Absorptionsband nahe 976 nm an. Je näher die Pumpwellenlänge der Laserwellenlänge des Faserlasers kommt, desto geringer wird das sogenannte Quantendefizit. Dies maximiert die Effizienz und minimiert die abzuführende Abwärme.

FaserlaserSowohl diodengepumpte Festkörperlaser als auch andere Laserarten nutzen die Erhöhung der Helligkeit derDiodenlaserIm Allgemeinen steigt mit der zunehmenden Helligkeit von Diodenlasern auch die Leistung der von ihnen gepumpten Laser. Die Helligkeitssteigerung von Halbleiterlasern fördert tendenziell eine effizientere Helligkeitsumwandlung.

Wie wir erwarten, werden räumliche und spektrale Helligkeit für zukünftige Systeme notwendig sein, die ein Pumpen mit geringem Quantendefizit für schmale Absorptionsmerkmale in Festkörperlasern sowie dichte Wellenlängen-Wiederverwendungsschemata für direkte Halbleiterlaseranwendungen ermöglichen.

Abbildung 2: Erhöhte Helligkeit bei hoher LeistungHalbleiterlaserermöglicht die Erweiterung von Anwendungen

Markt und Anwendung

Fortschritte bei Hochleistungs-Halbleiterlasern haben viele wichtige Anwendungen ermöglicht. Da die Kosten pro Watt Helligkeit bei Hochleistungs-Halbleiterlasern exponentiell gesunken sind, ersetzen diese Laser sowohl alte Technologien als auch neue Produktkategorien.

Da sich Kosten und Leistung alle zehn Jahre um mehr als das Zehnfache verbessert haben, haben Hochleistungs-Halbleiterlaser den Markt auf unerwartete Weise revolutioniert. Zwar lassen sich zukünftige Anwendungen nur schwer präzise vorhersagen, doch ein Blick auf die vergangenen drei Jahrzehnte ist aufschlussreich, um die Möglichkeiten des nächsten Jahrzehnts zu erahnen (siehe Abbildung 2).

Als Hall vor über 50 Jahren Halbleiterlaser vorführte, löste er eine technologische Revolution aus. Ähnlich wie beim Mooreschen Gesetz konnte niemand die bahnbrechenden Erfolge der Hochleistungs-Halbleiterlaser und die darauf folgenden vielfältigen Innovationen vorhersehen.

Die Zukunft der Halbleiterlaser
Es gibt keine fundamentalen physikalischen Gesetze, die diese Verbesserungen erklären, doch der fortschreitende technologische Fortschritt dürfte diese exponentielle Entwicklung weiter beflügeln. Halbleiterlaser werden traditionelle Technologien zunehmend ersetzen und die Produktionsweise grundlegend verändern. Noch wichtiger für das Wirtschaftswachstum ist, dass Hochleistungs-Halbleiterlaser auch das Produktspektrum erweitern werden.