ภาพรวมของพลังงานสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์การพัฒนาส่วนที่หนึ่ง
เนื่องจากประสิทธิภาพและกำลังไฟดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไดโอดเลเซอร์ (ตัวขับไดโอดเลเซอร์เทคโนโลยีใหม่ๆ จะยังคงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีแบบดั้งเดิมอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้วิธีการผลิตสิ่งต่างๆ เปลี่ยนไป และเปิดโอกาสให้เกิดการพัฒนาสิ่งใหม่ๆ อย่างไรก็ตาม ความเข้าใจเกี่ยวกับความก้าวหน้าอย่างมากในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังคงมีจำกัด การแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ผ่านเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี 1962 และความก้าวหน้าอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องมากมายได้ตามมา ซึ่งผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ความก้าวหน้าเหล่านี้ได้สนับสนุนการใช้งานที่สำคัญ ตั้งแต่การจัดเก็บข้อมูลด้วยแสง ไปจนถึงเครือข่ายแสง และอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท
การทบทวนความก้าวหน้าเหล่านี้และผลสืบเนื่องที่เกิดขึ้น ชี้ให้เห็นถึงศักยภาพในการสร้างผลกระทบที่ยิ่งใหญ่และครอบคลุมมากขึ้นในหลายภาคส่วนของเศรษฐกิจ ที่จริงแล้ว ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ขอบเขตการใช้งานจะขยายตัวอย่างรวดเร็ว และจะมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการเติบโตทางเศรษฐกิจ
รูปที่ 1: การเปรียบเทียบความสว่างและกฎของมัวร์ของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง
เลเซอร์โซลิดสเตทแบบใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสง และเลเซอร์ไฟเบอร์
ความก้าวหน้าในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ขั้นปลาย ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกใช้เพื่อกระตุ้น (ปั๊ม) ผลึกเจือปน (เลเซอร์โซลิดสเตทแบบปั๊มด้วยไดโอด) หรือเส้นใยเจือปน (เลเซอร์ไฟเบอร์)
แม้ว่าเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะให้พลังงานเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ ขนาดเล็ก และต้นทุนต่ำ แต่ก็มีข้อจำกัดสำคัญสองประการ คือ ไม่สามารถเก็บพลังงานได้ และความสว่างมีจำกัด โดยพื้นฐานแล้ว การใช้งานหลายอย่างต้องการเลเซอร์ที่มีประโยชน์สองตัว ตัวหนึ่งใช้แปลงไฟฟ้าเป็นแสงเลเซอร์ และอีกตัวใช้เพิ่มความสว่างของแสงเลเซอร์นั้น
เลเซอร์โซลิดสเตทแบบใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสง
ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 การใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในการขับเคลื่อนเลเซอร์โซลิดสเตทเริ่มได้รับความสนใจในเชิงพาณิชย์อย่างมาก เลเซอร์โซลิดสเตทแบบใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสง (DPSSL) ช่วยลดขนาดและความซับซ้อนของระบบจัดการความร้อน (โดยหลักคือตัวระบายความร้อนแบบวงจร) และโมดูลขยายสัญญาณ ซึ่งในอดีตใช้หลอดไฟอาร์คในการขับเคลื่อนผลึกเลเซอร์โซลิดสเตท
ความยาวคลื่นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกเลือกโดยพิจารณาจากการทับซ้อนกันของลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมกับตัวกลางขยายของเลเซอร์โซลิดสเตท ซึ่งสามารถลดภาระความร้อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับสเปกตรัมการปล่อยแสงแบบกว้างของหลอดไฟอาร์ค เมื่อพิจารณาถึงความนิยมของเลเซอร์ที่เจือด้วยนีโอไดเมียมซึ่งปล่อยแสงความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ 808 นาโนเมตรจึงกลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการผลิตเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มานานกว่า 20 ปี
ประสิทธิภาพการปั๊มไดโอดที่ดีขึ้นของรุ่นที่สองเกิดขึ้นได้จากความสว่างที่เพิ่มขึ้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบมัลติโหมด และความสามารถในการรักษาเสถียรภาพของความกว้างของเส้นการปล่อยแสงที่แคบโดยใช้แผ่นกระจายแสงแบบแบร็ก (VBGS) ในช่วงกลางทศวรรษ 2000 คุณลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมที่อ่อนและแคบที่ประมาณ 880 นาโนเมตรได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในไดโอดปั๊มที่มีความสว่างสูงและมีเสถียรภาพทางสเปกตรัม เลเซอร์ประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ทำให้สามารถปั๊มเนโอไดเมียมโดยตรงที่ระดับเลเซอร์บนสุดของ 4F3/2 ซึ่งช่วยลดการขาดดุลควอนตัมและทำให้การสกัดโหมดพื้นฐานดีขึ้นที่กำลังเฉลี่ยสูงขึ้น ซึ่งมิฉะนั้นจะถูกจำกัดโดยเลนส์ความร้อน
ในช่วงต้นทศวรรษที่สองของศตวรรษนี้ เราได้เห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของกำลังเลเซอร์แบบโหมดขวางเดี่ยว 1064 นาโนเมตร รวมถึงเลเซอร์แปลงความถี่ที่ทำงานในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลต เนื่องจากอายุการใช้งานของพลังงานสูงสุดที่ยาวนานของ Nd:YAG และ Nd:YVO4 การทำงานแบบ Q-switched ของ DPSSL เหล่านี้จึงให้พลังงานพัลส์และกำลังสูงสุดสูง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลวัสดุแบบระเหยและการใช้งานการตัดเฉือนขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง
วันที่โพสต์: 6 พฤศจิกายน 2023