Panoramica dell'alta potenzalaser a semiconduttoresviluppo parte uno
Poiché l'efficienza e la potenza continuano a migliorare, i diodi laser(driver per diodi laserContinueranno a sostituire le tecnologie tradizionali, cambiando così il modo in cui vengono prodotte le cose e consentendo lo sviluppo di nuove tecnologie. Anche la comprensione dei significativi miglioramenti nei laser a semiconduttore ad alta potenza è limitata. La conversione degli elettroni in laser tramite semiconduttori è stata dimostrata per la prima volta nel 1962, e da allora sono seguiti numerosi progressi complementari che hanno portato a enormi miglioramenti nella conversione degli elettroni in laser ad alta produttività. Questi progressi hanno supportato importanti applicazioni, dall'archiviazione ottica alle reti ottiche, fino a una vasta gamma di settori industriali.
Un'analisi di questi progressi e dei loro sviluppi cumulativi evidenzia il potenziale per un impatto ancora maggiore e più pervasivo in molti settori dell'economia. Infatti, con il continuo miglioramento dei laser a semiconduttore ad alta potenza, il loro campo di applicazione accelererà l'espansione e avrà un profondo impatto sulla crescita economica.
Figura 1: Confronto tra luminanza e legge di Moore dei laser a semiconduttore ad alta potenza
Laser a stato solido pompati a diodi elaser a fibra
I progressi nei laser a semiconduttore ad alta potenza hanno portato anche allo sviluppo di tecnologie laser a valle, in cui i laser a semiconduttore vengono tipicamente utilizzati per eccitare (pompare) cristalli drogati (laser a stato solido pompati a diodi) o fibre drogate (laser a fibra).
Sebbene i laser a semiconduttore forniscano energia laser efficiente, di piccole dimensioni e a basso costo, presentano anche due limitazioni fondamentali: non immagazzinano energia e la loro luminosità è limitata. In sostanza, molte applicazioni richiedono due laser utili: uno per convertire l'elettricità in emissione laser e l'altro per amplificare la luminosità di tale emissione.
Laser a stato solido pompati a diodi.
Alla fine degli anni '80, l'utilizzo di laser a semiconduttore per il pompaggio di laser a stato solido ha iniziato a suscitare un notevole interesse commerciale. I laser a stato solido pompati a diodi (DPSSL) riducono drasticamente le dimensioni e la complessità dei sistemi di gestione termica (principalmente i sistemi di raffreddamento del ciclo) e dei moduli di guadagno, che storicamente utilizzavano lampade ad arco per pompare i cristalli laser a stato solido.
La lunghezza d'onda del laser a semiconduttore viene selezionata in base alla sovrapposizione delle caratteristiche di assorbimento spettrale con il mezzo di guadagno del laser a stato solido, il che può ridurre significativamente il carico termico rispetto allo spettro di emissione a banda larga della lampada ad arco. Considerata la popolarità dei laser drogati al neodimio che emettono a una lunghezza d'onda di 1064 nm, il laser a semiconduttore da 808 nm è diventato il prodotto più redditizio nella produzione di laser a semiconduttore da oltre 20 anni.
L'efficienza di pompaggio migliorata dei diodi di seconda generazione è stata resa possibile dall'aumento della luminosità dei laser a semiconduttore multimodali e dalla capacità di stabilizzare strette larghezze di riga di emissione utilizzando reticoli di Bragg di massa (VBGS) a metà degli anni 2000. Le deboli e strette caratteristiche di assorbimento spettrale intorno a 880 nm hanno suscitato grande interesse per i diodi di pompaggio ad alta luminosità e spettralmente stabili. Questi laser ad alte prestazioni consentono di pompare il neodimio direttamente al livello laser superiore di 4F3/2, riducendo i deficit quantici e migliorando così l'estrazione del modo fondamentale a una potenza media più elevata, che altrimenti sarebbe limitata dalle lenti termiche.
All'inizio del secondo decennio di questo secolo, abbiamo assistito a un significativo aumento di potenza nei laser a 1064 nm a singolo modo trasversale, così come nei loro laser a conversione di frequenza operanti nelle lunghezze d'onda visibili e ultraviolette. Data la lunga durata di vita dell'energia superiore di Nd:YAG e Nd:YVO4, queste operazioni Q-switched DPSSL forniscono un'elevata energia di impulso e potenza di picco, rendendole ideali per la lavorazione ablativa dei materiali e per applicazioni di micromachining di alta precisione.
Data di pubblicazione: 6 novembre 2023