ภาพรวมการพัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ตอนที่สอง

ภาพรวมของพลังงานสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์การพัฒนาส่วนที่สอง

เลเซอร์ไฟเบอร์.
เลเซอร์ไฟเบอร์เป็นวิธีที่คุ้มค่าในการเพิ่มความสว่างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง แม้ว่าระบบมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นจะสามารถแปลงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความสว่างค่อนข้างต่ำให้สว่างขึ้นได้ แต่ก็ต้องแลกมาด้วยความกว้างของสเปกตรัมที่เพิ่มขึ้นและความซับซ้อนทางกลเชิงแสง เลเซอร์ไฟเบอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการเพิ่มความสว่าง

เส้นใยแบบสองชั้นที่เริ่มใช้ในทศวรรษ 1990 ซึ่งใช้แกนแบบโหมดเดี่ยวล้อมรอบด้วยชั้นหุ้มแบบหลายโหมด สามารถนำเลเซอร์ปั๊มเซมิคอนดักเตอร์แบบหลายโหมดที่มีกำลังสูงและต้นทุนต่ำกว่าเข้าสู่เส้นใยได้อย่างมีประสิทธิภาพ สร้างวิธีการแปลงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงให้เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่สว่างกว่าได้อย่างประหยัดกว่า สำหรับเส้นใยที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียม (Yb) การปั๊มจะกระตุ้นแถบการดูดกลืนแสงกว้างที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ 915 นาโนเมตร หรือแถบการดูดกลืนแสงที่แคบกว่าใกล้ 976 นาโนเมตร เมื่อความยาวคลื่นของการปั๊มเข้าใกล้ความยาวคลื่นของเลเซอร์ไฟเบอร์ สิ่งที่เรียกว่าการขาดดุลควอนตัมจะลดลง ทำให้ประสิทธิภาพสูงสุดและลดปริมาณความร้อนที่ต้องระบายออกให้น้อยที่สุด

เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์โซลิดสเตทแบบใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสง ต่างก็อาศัยการเพิ่มความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงเป็นหลักเลเซอร์ไดโอดโดยทั่วไปแล้ว เมื่อความสว่างของเลเซอร์ไดโอดดีขึ้นเรื่อยๆ กำลังของเลเซอร์ที่ใช้กระตุ้นก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ในขณะที่การพัฒนาความสว่างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีแนวโน้มที่จะส่งเสริมการแปลงความสว่างให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ดังที่เราคาดการณ์ไว้ ความสว่างเชิงพื้นที่และเชิงสเปกตรัมจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบในอนาคตที่จะช่วยให้การปั๊มด้วยควอนตัมดีควิตี้ต่ำสำหรับคุณสมบัติการดูดกลืนแสงที่แคบในเลเซอร์โซลิดสเตท ตลอดจนแผนการนำความยาวคลื่นกลับมาใช้ซ้ำอย่างหนาแน่นสำหรับการใช้งานเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรง

รูปที่ 2: ความสว่างที่เพิ่มขึ้นของกำลังสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้สามารถขยายแอปพลิเคชันได้

ตลาดและการใช้งาน

ความก้าวหน้าในด้านเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงได้ทำให้เกิดการใช้งานที่สำคัญมากมาย เนื่องจากต้นทุนต่อวัตต์ความสว่างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงลดลงอย่างมาก เลเซอร์เหล่านี้จึงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีเก่าและเปิดโอกาสให้เกิดผลิตภัณฑ์ประเภทใหม่ๆ

ด้วยต้นทุนและประสิทธิภาพที่พัฒนาขึ้นมากกว่า 10 เท่าในทุกทศวรรษ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงได้เข้ามาเปลี่ยนแปลงตลาดในรูปแบบที่ไม่คาดคิด แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะคาดการณ์การใช้งานในอนาคตได้อย่างแม่นยำ แต่การมองย้อนกลับไปในสามทศวรรษที่ผ่านมาก็เป็นประโยชน์ในการจินตนาการถึงความเป็นไปได้ในทศวรรษหน้า (ดูรูปที่ 2)

เมื่อฮอลล์สาธิตเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เมื่อกว่า 50 ปีที่แล้ว เขาได้จุดประกายการปฏิวัติทางเทคโนโลยี เหมือนกับกฎของมัวร์ ไม่มีใครคาดเดาได้ถึงความสำเร็จอันยอดเยี่ยมของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงที่ตามมา พร้อมด้วยนวัตกรรมที่หลากหลาย

อนาคตของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
ไม่มีกฎทางฟิสิกส์พื้นฐานใดที่ควบคุมการพัฒนาเหล่านี้ แต่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องน่าจะช่วยสนับสนุนการพัฒนาแบบทวีคูณนี้ต่อไป เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะยังคงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีแบบดั้งเดิมและจะเปลี่ยนแปลงวิธีการผลิตสิ่งต่างๆ ต่อไป ที่สำคัญกว่านั้นสำหรับการเติบโตทางเศรษฐกิจ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงจะเปลี่ยนสิ่งที่จะสามารถผลิตได้ด้วย