Panoramica dell'alta potenzalaser a semiconduttoresviluppo parte uno
Con il continuo miglioramento dell'efficienza e della potenza, i diodi laser (driver diodi laser) continuerà a sostituire le tecnologie tradizionali, cambiando così il modo in cui le cose vengono prodotte e consentendo lo sviluppo di nuove soluzioni. Anche la comprensione dei significativi miglioramenti nei laser a semiconduttore ad alta potenza è limitata. La conversione di elettroni in laser tramite semiconduttori è stata dimostrata per la prima volta nel 1962, e da allora sono seguiti un'ampia varietà di progressi complementari che hanno portato a enormi progressi nella conversione di elettroni in laser ad alta produttività. Questi progressi hanno supportato importanti applicazioni, dall'archiviazione ottica alle reti ottiche, in un'ampia gamma di settori industriali.
Un'analisi di questi progressi e dei loro progressi cumulativi 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 loro campo di applicazione ne 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 diodo elaser a fibra
I progressi nei laser a semiconduttore ad alta potenza hanno portato anche allo sviluppo della tecnologia laser downstream, in cui i laser a semiconduttore vengono solitamente utilizzati per eccitare (pompare) cristalli drogati (laser a stato solido pompati a diodo) 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 pratica, molte applicazioni richiedono due laser utili: uno viene utilizzato per convertire l'elettricità in un'emissione laser e l'altro per aumentarne la luminosità.
Laser a stato solido pompati a diodo.
Alla fine degli anni '80, l'uso di laser a semiconduttore per il pompaggio di laser a stato solido iniziò a riscuotere un notevole interesse commerciale. I laser a stato solido pompati a diodo (DPSSL) riducono drasticamente le dimensioni e la complessità dei sistemi di gestione termica (principalmente i raffreddatori a ciclo) e dei moduli di guadagno, che storicamente utilizzavano lampade ad arco per il pompaggio dei 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 una lunghezza d'onda di 1064 nm, il laser a semiconduttore a 808 nm è diventato il prodotto più produttivo nella produzione di laser a semiconduttore da oltre 20 anni.
L'efficienza di pompaggio dei diodi migliorata della seconda generazione è stata resa possibile dall'aumento di luminosità dei laser a semiconduttore multimodali e dalla capacità di stabilizzare linee di emissione strette utilizzando reticoli di Bragg bulk (VBGS) a metà degli anni 2000. Le caratteristiche di assorbimento spettrale deboli e strette di circa 880 nm hanno suscitato grande interesse per i diodi di pompaggio 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 quantici e migliorando così l'estrazione dei modi fondamentali 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 dei laser monomodali trasversali a 1064 nm, nonché dei loro laser a conversione di frequenza operanti nelle lunghezze d'onda visibili e ultraviolette. Data la lunga vita media 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 di materiali e per applicazioni di microlavorazione ad alta precisione.
Data di pubblicazione: 06-11-2023