Übersicht über HochleistungsHalbleiterlaserEntwicklung Teil eins
Da sich Effizienz und Leistung ständig verbessern, werden Laserdioden(Laserdiodentreiber) wird weiterhin traditionelle Technologien ersetzen, die Herstellung von Produkten verändern und die Entwicklung neuer Technologien ermöglichen. Auch die wesentlichen Verbesserungen bei Hochleistungshalbleiterlasern sind noch wenig bekannt. Die Umwandlung von Elektronen in Laser mittels Halbleitern wurde erstmals 1962 demonstriert. Es folgten zahlreiche ergänzende Fortschritte, die die Umwandlung von Elektronen in hochproduktive Laser enorm vorangetrieben haben. Diese Fortschritte haben wichtige Anwendungen von der optischen Speicherung über optische Netzwerke bis hin zu einer Vielzahl von Industriezweigen ermöglicht.
Ein Blick auf diese Fortschritte und ihre kumulativen Fortschritte verdeutlicht das Potenzial für noch größere und tiefgreifendere Auswirkungen in vielen Wirtschaftsbereichen. Mit der kontinuierlichen Verbesserung von Hochleistungs-Halbleiterlasern wird sich deren Anwendungsbereich sogar noch weiter ausdehnen und das Wirtschaftswachstum nachhaltig beeinflussen.
Abbildung 1: Vergleich der Leuchtdichte und des Mooreschen Gesetzes von Hochleistungshalbleiterlasern
Diodengepumpte Festkörperlaser undFaserlaser
Fortschritte bei Hochleistungshalbleiterlasern haben auch zur Entwicklung der nachfolgenden Lasertechnologie geführt, bei der Halbleiterlaser typischerweise zum Anregen (Pumpen) dotierter Kristalle (diodengepumpte Festkörperlaser) oder dotierter Fasern (Faserlaser) verwendet werden.
Obwohl Halbleiterlaser effiziente, kleine und kostengünstige Laserenergie liefern, weisen sie zwei wesentliche Einschränkungen auf: Sie speichern keine Energie und ihre Helligkeit ist begrenzt. Grundsätzlich werden für viele Anwendungen zwei nützliche Laser benötigt: Einer dient zur Umwandlung von Elektrizität in Laserstrahlung, der andere zur Erhöhung der Helligkeit dieser Strahlung.
Diodengepumpte Festkörperlaser.
In den späten 1980er Jahren gewann die Verwendung von Halbleiterlasern zum Pumpen von Festkörperlasern zunehmend an kommerziellem Interesse. Diodengepumpte Festkörperlaser (DPSSL) reduzieren die Größe und Komplexität von Wärmemanagementsystemen (vor allem Zykluskühlern) und Verstärkungsmodulen, die bisher Bogenlampen zum Pumpen von Festkörperlaserkristallen verwendeten, drastisch.
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 über 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 leistungsstärkeren Laser ermöglichen das Pumpen von Neodym direkt am oberen Laserniveau von 4F3/2. Dadurch werden Quantendefizite reduziert und die Grundmodenextraktion bei höherer Durchschnittsleistung verbessert, die sonst durch thermische Linsen begrenzt wäre.
Zu Beginn des zweiten Jahrzehnts dieses Jahrhunderts erlebten wir einen deutlichen Leistungsanstieg bei 1064-nm-Lasern mit einem transversalen Modus sowie bei deren Frequenzkonversionslasern im sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich. Dank der langen Lebensdauer von Nd:YAG und Nd:YVO4 bieten diese DPSSL-Q-Switch-Verfahren hohe Pulsenergie und Spitzenleistung und eignen sich daher ideal für die ablative Materialbearbeitung und hochpräzise Mikrobearbeitung.
Beitragszeit: 06.11.2023