ภาพรวมของพลังงานสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์การพัฒนาส่วนที่หนึ่ง
เนื่องจากประสิทธิภาพและกำลังได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เลเซอร์ไดโอด(ไดรเวอร์เลเซอร์ไดโอด) จะยังคงเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีแบบเดิม ดังนั้นจึงเปลี่ยนวิธีการผลิตสิ่งต่างๆ และทำให้เกิดการพัฒนาสิ่งใหม่ๆ ความเข้าใจในการปรับปรุงที่สำคัญในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงก็มีจำกัดเช่นกัน การแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ผ่านเซมิคอนดักเตอร์แสดงให้เห็นครั้งแรกในปี 1962 และมีความก้าวหน้าเสริมมากมายตามมา ซึ่งผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการแปลงอิเล็กตรอนเป็นเลเซอร์ที่ให้ผลผลิตสูง ความก้าวหน้าเหล่านี้สนับสนุนการใช้งานที่สำคัญตั้งแต่การจัดเก็บข้อมูลแบบออปติคัลไปจนถึงเครือข่ายแบบออปติกไปจนถึงสาขาอุตสาหกรรมที่หลากหลาย
การทบทวนความก้าวหน้าเหล่านี้และความก้าวหน้าสะสมได้เน้นย้ำถึงศักยภาพของผลกระทบที่ยิ่งใหญ่และแพร่หลายมากขึ้นในหลายพื้นที่ของเศรษฐกิจ ในความเป็นจริง ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ขอบเขตการใช้งานจะช่วยเร่งการขยายตัว และจะมีผลกระทบอย่างมากต่อการเติบโตทางเศรษฐกิจ
รูปที่ 1: การเปรียบเทียบความส่องสว่างและกฎของมัวร์ของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง
เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอดและไฟเบอร์เลเซอร์
ความก้าวหน้าในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงยังนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ดาวน์สตรีม โดยที่เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มักจะใช้เพื่อกระตุ้น (ปั๊ม) ผลึกเจือ (เลเซอร์โซลิดสเตตปั๊มไดโอด) หรือเส้นใยเจือ (เลเซอร์ไฟเบอร์)
แม้ว่าเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะให้พลังงานเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ ขนาดเล็ก และต้นทุนต่ำ แต่ก็มีข้อจำกัดที่สำคัญสองประการ: เลเซอร์ไม่กักเก็บพลังงานและความสว่างมีจำกัด โดยพื้นฐานแล้ว การใช้งานจำนวนมากต้องใช้เลเซอร์ที่มีประโยชน์สองตัว อันหนึ่งใช้เพื่อแปลงไฟฟ้าเป็นการปล่อยแสงเลเซอร์ และอีกอันใช้เพื่อเพิ่มความสว่างของการปล่อยนั้น
เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด
ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 การใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในการปั๊มเลเซอร์โซลิดสเตตเริ่มได้รับความสนใจเชิงพาณิชย์อย่างมาก เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด (DPSSL) ช่วยลดขนาดและความซับซ้อนของระบบการจัดการระบายความร้อนได้อย่างมาก (โดยหลักคือวงจรทำความเย็น) และเพิ่มโมดูล ซึ่งในอดีตเคยใช้ไฟอาร์คเพื่อปั๊มคริสตัลเลเซอร์โซลิดสเตต
ความยาวคลื่นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกเลือกโดยอิงจากการทับซ้อนกันของคุณลักษณะการดูดกลืนแสงสเปกตรัมกับตัวกลางเกนของเลเซอร์โซลิดสเตต ซึ่งสามารถลดภาระความร้อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับสเปกตรัมการปล่อยคลื่นความถี่กว้างของหลอดอาร์ค เมื่อพิจารณาถึงความนิยมของเลเซอร์ที่เจือด้วยนีโอไดเมียมที่ปล่อยความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาด 808 นาโนเมตรได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิผลมากที่สุดในการผลิตเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มานานกว่า 20 ปี
ประสิทธิภาพการปั๊มไดโอดที่ได้รับการปรับปรุงในรุ่นที่สองเกิดขึ้นได้จากความสว่างที่เพิ่มขึ้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบหลายโหมด และความสามารถในการรักษาเสถียรภาพของเส้นปล่อยแสงที่แคบโดยใช้ Bragg gratings (VBGS) จำนวนมากในช่วงกลางทศวรรษ 2000 ลักษณะการดูดกลืนสเปกตรัมที่อ่อนแอและแคบที่ประมาณ 880 นาโนเมตรได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในไดโอดปั๊มความสว่างสูงที่มีความเสถียรทางสเปกตรัม เลเซอร์ประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ทำให้สามารถปั๊มนีโอไดเมียมได้โดยตรงที่ระดับเลเซอร์ส่วนบนที่ 4F3/2 ซึ่งช่วยลดการขาดดุลควอนตัม และด้วยเหตุนี้จึงปรับปรุงการแยกโหมดพื้นฐานด้วยกำลังเฉลี่ยที่สูงขึ้น ซึ่งมิฉะนั้นจะถูกจำกัดด้วยเลนส์ความร้อน
ในช่วงต้นทศวรรษที่สองของศตวรรษนี้ เราได้เห็นการเพิ่มขึ้นของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญในเลเซอร์ขนาด 1,064 นาโนเมตรที่มีโหมดขวางเดี่ยว เช่นเดียวกับเลเซอร์แปลงความถี่ที่ทำงานในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลต เนื่องจากอายุการใช้งานพลังงานบนที่ยาวนานของ Nd: YAG และ Nd: YVO4 การดำเนินการสวิตช์ Q ของ DPSSL เหล่านี้จึงให้พลังงานพัลส์สูงและกำลังสูงสุด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลวัสดุแบบระเหยและการใช้งานเครื่องจักรขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง
เวลาโพสต์: Nov-06-2023