Überblick über die Entwicklung von Hochleistungshalbleiterlasern, Teil eins

Übersicht über hohe LeistungHalbleiterlaserEntwicklung Teil eins

Da sich Effizienz und Leistung weiter verbessern, werden Laserdioden(Treiber für Laserdioden) wird weiterhin traditionelle Technologien ersetzen, dadurch die Art und Weise verändern, wie Dinge hergestellt werden, und die Entwicklung neuer Dinge ermöglichen. Auch das Verständnis der signifikanten Verbesserungen bei Hochleistungs-Halbleiterlasern ist begrenzt. Die Umwandlung von Elektronen in Laser über Halbleiter wurde erstmals 1962 demonstriert, und es folgten zahlreiche ergänzende Fortschritte, die zu enormen Fortschritten bei der Umwandlung von Elektronen in Hochleistungslaser führten. Diese Fortschritte haben wichtige Anwendungen von der optischen Speicherung über optische Netzwerke bis hin zu einer Vielzahl industrieller Bereiche unterstützt.

Ein Blick auf diese Fortschritte und ihre kumulativen Fortschritte verdeutlicht das Potenzial für noch größere und weitreichendere Auswirkungen auf viele Bereiche der Wirtschaft. Tatsächlich wird sein Anwendungsgebiet mit der kontinuierlichen Verbesserung von Hochleistungs-Halbleiterlasern die Expansion beschleunigen und tiefgreifende Auswirkungen auf das Wirtschaftswachstum haben.

Abbildung 1: Vergleich der Leuchtdichte und des Mooreschen Gesetzes von Hochleistungs-Halbleiterlasern

Diodengepumpte Festkörperlaser undFaserlaser

Fortschritte bei Hochleistungs-Halbleiterlasern haben auch zur Entwicklung der nachgelagerten Lasertechnologie geführt, bei der Halbleiterlaser typischerweise zum Anregen (Pumpen) von dotierten Kristallen (diodengepumpten Festkörperlasern) oder dotierten Fasern (Faserlasern) eingesetzt werden.

Obwohl Halbleiterlaser effiziente, kleine und kostengünstige Laserenergie liefern, weisen sie auch zwei wesentliche Einschränkungen auf: Sie speichern keine Energie und ihre Helligkeit ist begrenzt. Grundsätzlich erfordern viele Anwendungen zwei nützliche Laser; Einer wird verwendet, um Elektrizität in eine Laseremission umzuwandeln, und der andere wird verwendet, um die Helligkeit dieser Emission zu verstärken.

Diodengepumpte Festkörperlaser.
In den späten 1980er Jahren begann der Einsatz von Halbleiterlasern zum Pumpen von Festkörperlasern großes kommerzielles Interesse zu wecken. Diodengepumpte Festkörperlaser (DPSSL) reduzieren die Größe und Komplexität von Wärmemanagementsystemen (hauptsächlich Kreislaufkühlern) und Verstärkungsmodulen, die in der Vergangenheit Bogenlampen zum Pumpen von Festkörperlaserkristallen verwendeten, erheblich.

Die Wellenlänge des Halbleiterlasers wird anhand der Überlappung der spektralen Absorptionseigenschaften mit dem Verstärkungsmedium des Festkörperlasers ausgewählt, wodurch die thermische Belastung im Vergleich zum breitbandigen Emissionsspektrum der Bogenlampe deutlich reduziert werden kann. Angesichts der Popularität von Neodym-dotierten Lasern mit einer Wellenlänge von 1064 nm ist der 808-nm-Halbleiterlaser seit mehr als 20 Jahren das produktivste Produkt in der Halbleiterlaserproduktion.

Die verbesserte Diodenpumpeffizienz der zweiten Generation wurde durch die erhöhte Helligkeit von Multimode-Halbleiterlasern und die Fähigkeit, schmale Emissionslinienbreiten mithilfe von Bulk-Bragg-Gittern (VBGS) Mitte der 2000er Jahre zu stabilisieren, ermöglicht. Die schwachen und schmalen spektralen Absorptionseigenschaften von etwa 880 nm haben großes Interesse an spektral stabilen Pumpdioden mit hoher Helligkeit geweckt. Diese Laser mit höherer Leistung ermöglichen es, Neodym direkt auf dem oberen Laserniveau von 4F3/2 zu pumpen, wodurch Quantendefizite reduziert und dadurch die Grundmodenextraktion bei höherer Durchschnittsleistung verbessert wird, die sonst durch thermische Linsen begrenzt wäre.

Zu Beginn des zweiten Jahrzehnts dieses Jahrhunderts erlebten wir einen erheblichen Leistungsanstieg bei 1064-nm-Single-Transversal-Mode-Lasern sowie bei deren Frequenzumwandlungslasern, die im sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich arbeiteten. Aufgrund der langen oberen Energielebensdauer von Nd:YAG und Nd:YVO4 bieten diese gütegeschalteten DPSSL-Operationen eine hohe Impulsenergie und Spitzenleistung, was sie ideal für die ablative Materialbearbeitung und hochpräzise Mikrobearbeitungsanwendungen macht.