ภาพรวมของพลังงานสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์การพัฒนาส่วนที่หนึ่ง
เนื่องจากประสิทธิภาพและพลังงานได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ไดโอดเลเซอร์(ไดรเวอร์ไดโอดเลเซอร์) จะยังคงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีดั้งเดิม ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงวิธีการผลิตและเปิดโอกาสให้เกิดการพัฒนาสิ่งใหม่ๆ ความเข้าใจเกี่ยวกับการพัฒนาที่สำคัญของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังมีจำกัด การแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ผ่านเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี พ.ศ. 2505 และความก้าวหน้าที่เสริมกันตามมาอีกมากมายได้ผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง ความก้าวหน้าเหล่านี้สนับสนุนการประยุกต์ใช้งานที่สำคัญ ตั้งแต่การจัดเก็บข้อมูลแบบออปติคัลไปจนถึงเครือข่ายออปติคัลและสาขาอุตสาหกรรมที่หลากหลาย
การทบทวนความก้าวหน้าเหล่านี้และความก้าวหน้าที่สะสมมา เน้นย้ำถึงศักยภาพที่จะสร้างผลกระทบที่กว้างขวางและยิ่งใหญ่ยิ่งขึ้นในหลายภาคส่วนของเศรษฐกิจ อันที่จริง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง การประยุกต์ใช้เลเซอร์ชนิดนี้จะเร่งการขยายตัว และจะส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการเติบโตทางเศรษฐกิจ
รูปที่ 1: การเปรียบเทียบความสว่างและกฎของมัวร์ของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง
เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอดและไฟเบอร์เลเซอร์
ความก้าวหน้าในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ปลายน้ำ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกใช้ในการกระตุ้น (ปั๊ม) ผลึกที่เจือปน (เลเซอร์โซลิดสเตตที่ปั๊มด้วยไดโอด) หรือไฟเบอร์ที่เจือปน (เลเซอร์ไฟเบอร์)
แม้ว่าเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะให้พลังงานเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ มีขนาดเล็ก และต้นทุนต่ำ แต่ก็มีข้อจำกัดสำคัญสองประการ คือ ไม่สามารถกักเก็บพลังงานได้และมีความสว่างจำกัด โดยทั่วไปแล้ว การใช้งานหลายอย่างจำเป็นต้องใช้เลเซอร์ที่มีประโยชน์สองชนิด ชนิดหนึ่งใช้สำหรับแปลงไฟฟ้าเป็นพลังงานเลเซอร์ และอีกชนิดหนึ่งใช้สำหรับเพิ่มความสว่างของพลังงานเลเซอร์
เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด
ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 การใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เพื่อปั๊มเลเซอร์โซลิดสเตตเริ่มได้รับความสนใจเชิงพาณิชย์อย่างมาก เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด (DPSSL) ช่วยลดขนาดและความซับซ้อนของระบบจัดการความร้อน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบระบายความร้อนแบบไซเคิล) และโมดูลรับแสง ซึ่งในอดีตใช้หลอดอาร์กเพื่อปั๊มผลึกเลเซอร์โซลิดสเตต
ความยาวคลื่นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกเลือกโดยพิจารณาจากลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมที่ซ้อนทับกับตัวกลางเกนของเลเซอร์โซลิดสเตต ซึ่งสามารถลดภาระความร้อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับสเปกตรัมการปล่อยคลื่นแบนด์กว้างของหลอดอาร์ก เมื่อพิจารณาถึงความนิยมของเลเซอร์โดปนีโอดิเมียมที่ปล่อยคลื่นความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ 808 นาโนเมตรได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิผลสูงสุดในการผลิตเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มานานกว่า 20 ปี
ประสิทธิภาพการสูบไดโอดที่ดีขึ้นของรุ่นที่สองนี้เกิดขึ้นได้จากความสว่างที่เพิ่มขึ้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบหลายโหมด และความสามารถในการรักษาเสถียรภาพของเส้นสเปกตรัมการแผ่รังสีที่แคบโดยใช้เกรตติงแบรกก์แบบ Bulk Bragg (VBGS) ในช่วงกลางทศวรรษ 2000 ลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมที่แคบและอ่อนแอที่ประมาณ 880 นาโนเมตร ได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในไดโอดปั๊มความสว่างสูงที่เสถียรทางสเปกตรัม เลเซอร์ประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ทำให้สามารถสูบนีโอดิเมียมได้โดยตรงที่ระดับเลเซอร์บนสุดของ 4F3/2 ช่วยลดการขาดดุลควอนตัม และด้วยเหตุนี้จึงช่วยปรับปรุงการสกัดโหมดพื้นฐานที่กำลังเฉลี่ยที่สูงขึ้น ซึ่งมิฉะนั้นจะถูกจำกัดโดยเลนส์เทอร์มอล
ในช่วงต้นทศวรรษที่สองของศตวรรษนี้ เราได้เห็นการเพิ่มขึ้นของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญในเลเซอร์ 1064 นาโนเมตรแบบโหมดขวางเดี่ยว รวมถึงเลเซอร์แปลงความถี่ที่ทำงานในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นและอัลตราไวโอเลต ด้วยอายุการใช้งานพลังงานสูงสุดที่ยาวนานของ Nd: YAG และ Nd: YVO4 การทำงานแบบ Q-switched ของ DPSSL เหล่านี้จึงให้พลังงานพัลส์สูงและกำลังสูงสุด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลวัสดุแบบ ablative และงานไมโครแมชชีนนิ่งที่มีความแม่นยำสูง
เวลาโพสต์: 6 พ.ย. 2566