Panoramica dell'alta potenzalaser a semiconduttoresviluppo parte seconda
Laser a fibra.
I laser a fibra offrono un metodo economicamente vantaggioso per convertire la luminosità dei laser a semiconduttore ad alta potenza. Sebbene le ottiche di multiplexing di lunghezza d'onda possano convertire laser a semiconduttore a bassa luminosità in laser più luminosi, ciò comporta un aumento della larghezza spettrale e della complessità fotomeccanica. I laser a fibra si sono dimostrati particolarmente efficaci nella conversione di luminosità.
Le fibre a doppio rivestimento, introdotte negli anni '90 e caratterizzate da un nucleo monomodale circondato da un rivestimento multimodale, consentono di introdurre efficacemente laser di pompaggio a semiconduttore multimodali ad alta potenza e a basso costo all'interno della fibra, creando un metodo più economico per convertire i laser a semiconduttore ad alta potenza in sorgenti luminose più brillanti. Nel caso di fibre drogate con ittrio (Yb), la pompa eccita un'ampia banda di assorbimento centrata a 915 nm, oppure una banda di assorbimento più stretta vicino a 976 nm. Man mano che la lunghezza d'onda di pompaggio si avvicina alla lunghezza d'onda di emissione del laser a fibra, il cosiddetto deficit quantico si riduce, massimizzando l'efficienza e minimizzando la quantità di calore di scarto da dissipare.
Laser a fibrae i laser a stato solido pompati a diodi si basano entrambi sull'aumento della luminosità dellaser a diodoIn generale, con il continuo miglioramento della luminosità dei laser a diodi, aumenta anche la potenza dei laser che questi pompano. Il miglioramento della luminosità dei laser a semiconduttore tende a promuovere una conversione di luminosità più efficiente.
Come previsto, la luminosità spaziale e spettrale saranno necessarie per i futuri sistemi che consentiranno il pompaggio a basso deficit quantico per caratteristiche di assorbimento strette nei laser a stato solido, nonché schemi di riutilizzo ad alta densità di lunghezze d'onda per applicazioni dirette di laser a semiconduttore.
Figura 2: Luminosità aumentata dell'alta potenzalaser a semiconduttoreconsente di espandere le applicazioni
Mercato e applicazione
I progressi nel campo dei laser a semiconduttore ad alta potenza hanno reso possibili numerose applicazioni importanti. Grazie alla riduzione esponenziale del costo per watt di luminosità, questi laser non solo sostituiscono le vecchie tecnologie, ma consentono anche lo sviluppo di nuove categorie di prodotti.
Grazie a un miglioramento di oltre dieci volte in termini di costi e prestazioni ogni decennio, i laser a semiconduttore ad alta potenza hanno rivoluzionato il mercato in modi inaspettati. Sebbene sia difficile prevedere con precisione le applicazioni future, è anche utile guardare indietro agli ultimi trent'anni per immaginare le possibilità del prossimo decennio (vedi Figura 2).
Quando Hall presentò i laser a semiconduttore più di 50 anni fa, diede il via a una rivoluzione tecnologica. Come per la Legge di Moore, nessuno avrebbe potuto prevedere gli straordinari risultati ottenuti in seguito dai laser a semiconduttore ad alta potenza, accompagnati da una varietà di innovazioni diverse.
Il futuro dei laser a semiconduttore
Non esistono leggi fondamentali della fisica che governino questi miglioramenti, ma è probabile che il continuo progresso tecnologico sostenga questo sviluppo esponenziale in tutto il suo splendore. I laser a semiconduttore continueranno a sostituire le tecnologie tradizionali e cambieranno ulteriormente il modo in cui vengono prodotte le cose. Ancora più importante per la crescita economica, i laser a semiconduttore ad alta potenza cambieranno anche ciò che è possibile produrre.
Data di pubblicazione: 7 novembre 2023