Überblick über die Entwicklung von Hochleistungshalbleiterlasern, Teil 2

Übersicht über HochleistungsHalbleiterlaserEntwicklung Teil Zwei

Faserlaser.
Faserlaser bieten eine kostengünstige Möglichkeit, die Helligkeit von Hochleistungshalbleiterlasern zu konvertieren. Wellenlängenmultiplexoptiken können zwar relativ schwache Halbleiterlaser in hellere umwandeln, dies geht jedoch auf Kosten einer größeren spektralen Breite und photomechanischer Komplexität. Faserlaser haben sich bei der Helligkeitsumwandlung als besonders effektiv erwiesen.

Doppelmantelfasern, die in den 1990er Jahren eingeführt wurden und einen Singlemode-Kern mit Multimode-Mantel verwenden, ermöglichen die effiziente Integration leistungsstärkerer und kostengünstigerer Multimode-Halbleiter-Pumplaser in die Faser und ermöglichen so eine wirtschaftlichere Umwandlung von Hochleistungs-Halbleiterlasern in hellere Lichtquellen. Bei Ytterbium-dotierten (Yb) Fasern regt die Pumpe ein breites Absorptionsband bei 915 nm oder ein schmaleres Absorptionsband bei 976 nm an. Nähert sich die Pumpwellenlänge der Laserwellenlänge des Faserlasers, reduziert sich das sogenannte Quantendefizit. Dies maximiert die Effizienz und minimiert die abzuführende Abwärme.

Faserlaserund diodengepumpte Festkörperlaser basieren beide auf der Erhöhung der Helligkeit derDiodenlaser. Generell gilt: Mit der zunehmenden Helligkeit von Diodenlasern steigt auch die Leistung der von ihnen gepumpten Laser. Die verbesserte Helligkeit von Halbleiterlasern führt tendenziell zu einer effizienteren Helligkeitsumwandlung.

Wie wir erwarten, wird räumliche und spektrale Helligkeit für zukünftige Systeme erforderlich sein, die ein Pumpen mit geringem Quantendefizit für enge Absorptionsmerkmale in Festkörperlasern sowie dichte Wellenlängenwiederverwendungsschemata für direkte Halbleiterlaseranwendungen ermöglichen.

Abbildung 2: Erhöhte Helligkeit von HochleistungsHalbleiterlaserermöglicht die Erweiterung von Anwendungen

Markt und Anwendung

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

Da sich Kosten und Leistung jedes Jahrzehnt mehr als verzehnfachen, haben Hochleistungs-Halbleiterlaser den Markt auf unerwartete Weise revolutioniert. Zwar ist es schwierig, zukünftige Anwendungen präzise vorherzusagen, doch ist ein Blick auf die letzten drei Jahrzehnte aufschlussreich, um sich die Möglichkeiten des nächsten Jahrzehnts vorzustellen (siehe Abbildung 2).

Als Hall vor über 50 Jahren Halbleiterlaser vorführte, leitete er eine technologische Revolution ein. Wie beim Mooreschen Gesetz hätte niemand die brillanten Errungenschaften der Hochleistungs-Halbleiterlaser vorhersehen können, die mit einer Vielzahl unterschiedlicher Innovationen einhergingen.

Die Zukunft der Halbleiterlaser
Diese Verbesserungen beruhen nicht auf fundamentalen physikalischen Gesetzen, doch der anhaltende technologische Fortschritt dürfte diese exponentielle Entwicklung in vollem Umfang aufrechterhalten. Halbleiterlaser werden weiterhin traditionelle Technologien ersetzen und die Produktion weiter verändern. Noch wichtiger für das Wirtschaftswachstum ist, dass Hochleistungs-Halbleiterlaser auch die Möglichkeiten der Fertigung verändern werden.