ภาพรวมของพลังงานสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์การพัฒนาส่วนที่หนึ่ง
เนื่องจากประสิทธิภาพและพลังงานยังคงปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ไดโอดเลเซอร์(ไดร์เวอร์เลเซอร์ไดโอด) จะยังคงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีดั้งเดิมต่อไป ส่งผลให้วิธีการผลิตสิ่งต่างๆ เปลี่ยนไป และช่วยให้สามารถพัฒนาสิ่งใหม่ๆ ได้ ความเข้าใจเกี่ยวกับการปรับปรุงที่สำคัญของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังมีจำกัด การแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ผ่านเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี 1962 และความก้าวหน้าที่เสริมกันมากมายตามมาซึ่งขับเคลื่อนความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในการแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง ความก้าวหน้าเหล่านี้สนับสนุนการใช้งานที่สำคัญตั้งแต่การจัดเก็บข้อมูลแบบออปติกไปจนถึงเครือข่ายออปติกไปจนถึงสาขาอุตสาหกรรมต่างๆ
การทบทวนความก้าวหน้าเหล่านี้และความคืบหน้าโดยรวมเน้นย้ำถึงศักยภาพในการสร้างผลกระทบที่มากขึ้นและแพร่หลายยิ่งขึ้นในหลายพื้นที่ของเศรษฐกิจ ในความเป็นจริง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง การประยุกต์ใช้เลเซอร์ดังกล่าวจะเร่งการขยายตัว และจะมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการเติบโตทางเศรษฐกิจ
รูปที่ 1: การเปรียบเทียบความสว่างและกฎของมัวร์ของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง
เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอดและไฟเบอร์เลเซอร์
ความก้าวหน้าในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ปลายทาง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกใช้เพื่อกระตุ้น (ปั๊ม) คริสตัลที่ถูกเจือปน (เลเซอร์โซลิดสเตตที่ปั๊มด้วยไดโอด) หรือไฟเบอร์ที่ถูกเจือปน (เลเซอร์ไฟเบอร์)
แม้ว่าเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะให้พลังงานเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ มีขนาดเล็ก และมีต้นทุนต่ำ แต่ก็มีข้อจำกัดสำคัญ 2 ประการ คือ ไม่สามารถกักเก็บพลังงานได้ และความสว่างของเลเซอร์ก็จำกัด โดยทั่วไป การใช้งานหลายอย่างจำเป็นต้องใช้เลเซอร์ที่มีประโยชน์ 2 ตัว ตัวหนึ่งใช้ในการแปลงไฟฟ้าเป็นการปล่อยแสงเลเซอร์ และอีกตัวหนึ่งใช้เพื่อเพิ่มความสว่างของการปล่อยแสงนั้น
เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด
ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 การใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในการปั๊มเลเซอร์โซลิดสเตตเริ่มได้รับความสนใจทางการค้าอย่างมาก เลเซอร์โซลิดสเตตที่ปั๊มด้วยไดโอด (DPSSL) ช่วยลดขนาดและความซับซ้อนของระบบจัดการความร้อน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องทำความเย็นแบบวงจร) ลงอย่างมาก และเพิ่มโมดูล ซึ่งในอดีตใช้หลอดไฟอาร์กในการปั๊มคริสตัลเลเซอร์โซลิดสเตต
ความยาวคลื่นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกเลือกโดยพิจารณาจากการทับซ้อนของลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมกับตัวกลางเกนของเลเซอร์โซลิดสเตต ซึ่งสามารถลดภาระความร้อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับสเปกตรัมการปล่อยแบนด์วิดท์กว้างของหลอดไฟอาร์ก เมื่อพิจารณาถึงความนิยมของเลเซอร์โดปนีโอไดเมียมที่ปล่อยความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ 808 นาโนเมตรได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิผลสูงสุดในการผลิตเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มานานกว่า 20 ปี
ประสิทธิภาพการสูบไดโอดที่ปรับปรุงแล้วของรุ่นที่สองนั้นเป็นไปได้ด้วยความสว่างที่เพิ่มขึ้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบหลายโหมดและความสามารถในการทำให้ความกว้างของเส้นการแผ่รังสีแคบคงที่โดยใช้กริดแบรกก์จำนวนมาก (VBGS) ในช่วงกลางทศวรรษ 2000 ลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมที่อ่อนแอและแคบที่ประมาณ 880 นาโนเมตรได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในไดโอดปั๊มความสว่างสูงที่เสถียรทางสเปกตรัม เลเซอร์ประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ทำให้สามารถสูบนีโอดิเมียมได้โดยตรงที่ระดับเลเซอร์บนของ 4F3/2 ลดการขาดดุลควอนตัม และปรับปรุงการสกัดโหมดพื้นฐานที่พลังงานเฉลี่ยสูงขึ้น ซึ่งมิฉะนั้นจะถูกจำกัดโดยเลนส์เทอร์มอล
ในช่วงต้นทศวรรษที่สองของศตวรรษนี้ เราได้เห็นการเพิ่มพลังงานอย่างมีนัยสำคัญในเลเซอร์แบบโหมดทรานสเวิร์สเดี่ยวขนาด 1064 นาโนเมตร รวมถึงเลเซอร์แปลงความถี่ที่ทำงานในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลต เมื่อพิจารณาจากอายุขัยพลังงานสูงสุดที่ยาวนานของ Nd: YAG และ Nd: YVO4 การทำงานแบบ Q-switched ของ DPSSL เหล่านี้จึงให้พลังงานพัลส์สูงและพลังงานสูงสุด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลวัสดุแบบขัดผิวและการใช้งานไมโครแมชชีนนิ่งที่มีความแม่นยำสูง
เวลาโพสต์: 6 พ.ย. 2566