Panoramica sull'alta potenzalaser a semiconduttoresviluppo parte prima
Poiché l'efficienza e la potenza continuano a migliorare, i diodi laser(driver per diodi laser) continuerà a sostituire le tecnologie tradizionali, cambiando così il modo in cui le cose vengono prodotte e consentendo lo sviluppo di cose nuove. Anche la comprensione dei miglioramenti significativi apportati ai 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, a cui sono seguiti un’ampia varietà di progressi complementari che hanno portato enormi progressi nella conversione degli elettroni in laser ad alta produttività. Questi progressi hanno supportato importanti applicazioni, dallo storage ottico alle reti ottiche, fino a un'ampia gamma di settori industriali.
Un’analisi di questi progressi e del loro progresso cumulativo evidenzia il potenziale per un impatto ancora maggiore e pervasivo in molti settori dell’economia. Infatti, con il continuo miglioramento dei laser a semiconduttore ad alta potenza, il suo campo di applicazione accelererà l'espansione e avrà un profondo impatto sulla crescita economica.
Figura 1: Confronto tra la luminanza e la 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 della tecnologia laser a valle, in cui i laser a semiconduttore vengono generalmente 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, piccola e a basso costo, presentano anche due limitazioni fondamentali: non immagazzinano energia e la loro luminosità è limitata. Fondamentalmente, molte applicazioni richiedono due laser utili; Uno viene utilizzato per convertire l'elettricità in un'emissione laser e l'altro viene utilizzato per aumentare la luminosità di tale emissione.
Laser a stato solido pompati a diodi.
Alla fine degli anni '80, l'uso dei laser a semiconduttore per pompare laser a stato solido iniziò a guadagnare 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 raffreddatori a ciclo) e dei moduli di guadagno, che storicamente utilizzavano lampade ad arco per pompare 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, che può ridurre significativamente il carico termico rispetto allo spettro di emissione a banda larga della lampada ad arco. Considerando la popolarità dei laser drogati al neodimio che emettono una lunghezza d'onda di 1064 nm, il laser a semiconduttore da 808 nm è diventato da oltre 20 anni il prodotto più produttivo nella produzione di laser a semiconduttore.
La migliore efficienza di pompaggio dei diodi della seconda generazione è stata resa possibile dalla maggiore luminosità dei laser a semiconduttore multimodali e dalla capacità di stabilizzare larghezze di linea di emissione strette utilizzando reticoli di Bragg (VBGS) a metà degli anni 2000. Le caratteristiche di assorbimento spettrale debole e ristretto di circa 880 nm hanno suscitato grande interesse per i diodi di pompa ad alta luminosità spettralmente stabili. Questi laser ad alte prestazioni consentono di pompare il neodimio direttamente al livello laser superiore di 4F3/2, riducendo i deficit quantistici e migliorando così l’estrazione della modalità fondamentale a una potenza media più elevata, che altrimenti sarebbe limitata dalle lenti termiche.
All’inizio del secondo decennio di questo secolo, stavamo assistendo a un significativo aumento di potenza dei laser a modalità trasversa singola da 1064 nm, nonché dei loro laser a conversione di frequenza operanti nelle lunghezze d’onda visibili e ultraviolette. Data la lunga durata dell'energia superiore di Nd: YAG e Nd: YVO4, queste operazioni DPSSL Q-switched forniscono elevata energia di impulso e potenza di picco, rendendole ideali per la lavorazione di materiali ablativi e applicazioni di microlavorazione ad alta precisione.
Orario di pubblicazione: 06-nov-2023