Visão geral da alta potêncialaser semicondutordesenvolvimento parte um
À medida que a eficiência e a potência continuam a melhorar, os diodos laser (driver de diodos laserA tecnologia de lasers semicondutores continuará a substituir as tecnologias tradicionais, mudando assim a forma como as coisas são feitas e possibilitando o desenvolvimento de novas aplicações. A compreensão das significativas melhorias em lasers semicondutores de alta potência ainda é limitada. A conversão de elétrons em lasers por meio de semicondutores foi demonstrada pela primeira vez em 1962, e uma ampla gama de avanços complementares se seguiu, impulsionando enormes progressos na conversão de elétrons em lasers de alta produtividade. Esses avanços viabilizaram importantes aplicações, desde armazenamento óptico e redes ópticas até uma ampla gama de setores industriais.
Uma análise desses avanços e do progresso cumulativo demonstra o potencial para um impacto ainda maior e mais abrangente em diversas áreas da economia. De fato, com o aprimoramento contínuo dos lasers semicondutores de alta potência, seu campo de aplicação se expandirá rapidamente e terá um impacto profundo no crescimento econômico.
Figura 1: Comparação da luminância e da Lei de Moore de lasers semicondutores de alta potência
Lasers de estado sólido bombeados por diodo elasers de fibra
Os avanços em lasers semicondutores de alta potência também levaram ao desenvolvimento da tecnologia laser subsequente, onde os lasers semicondutores são normalmente usados para excitar (bombear) cristais dopados (lasers de estado sólido bombeados por diodo) ou fibras dopadas (lasers de fibra).
Embora os lasers semicondutores forneçam energia laser eficiente, compacta e de baixo custo, eles também apresentam duas limitações principais: não armazenam energia e seu brilho é limitado. Basicamente, muitas aplicações requerem dois lasers funcionais; um é usado para converter eletricidade em emissão laser e o outro é usado para aumentar o brilho dessa emissão.
Lasers de estado sólido bombeados por diodo.
No final da década de 1980, o uso de lasers semicondutores para bombear lasers de estado sólido começou a despertar um interesse comercial significativo. Os lasers de estado sólido bombeados por diodo (DPSSL) reduzem drasticamente o tamanho e a complexidade dos sistemas de gerenciamento térmico (principalmente os resfriadores de ciclo) e dos módulos de ganho, que historicamente utilizavam lâmpadas de arco para bombear os cristais de laser de estado sólido.
O comprimento de onda do laser semicondutor é selecionado com base na sobreposição das características de absorção espectral com o meio ativo do laser de estado sólido, o que pode reduzir significativamente a carga térmica em comparação com o amplo espectro de emissão da lâmpada de arco. Considerando a popularidade dos lasers dopados com neodímio que emitem em um comprimento de onda de 1064 nm, o laser semicondutor de 808 nm tornou-se o produto mais produtivo na fabricação de lasers semicondutores por mais de 20 anos.
A melhoria na eficiência de bombeamento de diodos da segunda geração foi possível graças ao aumento do brilho dos lasers semicondutores multimodo e à capacidade de estabilizar larguras de linha de emissão estreitas usando grades de Bragg em massa (VBGS) em meados dos anos 2000. As características de absorção espectral fraca e estreita em torno de 880 nm despertaram grande interesse em diodos de bombeamento de alto brilho espectralmente estáveis. Esses lasers de desempenho superior permitem o bombeamento direto de neodímio no nível superior do laser de 4F3/2, reduzindo os déficits quânticos e, assim, melhorando a extração do modo fundamental em potências médias mais altas, que de outra forma seriam limitadas por lentes térmicas.
No início da segunda década deste século, testemunhamos um aumento significativo na potência dos lasers de modo transversal único de 1064 nm, bem como em seus lasers de conversão de frequência operando nos comprimentos de onda visíveis e ultravioleta. Devido à longa vida útil da energia superior dos lasers Nd:YAG e Nd:YVO4, essas operações com comutação Q de laser de estado sólido de dupla camada (DPSSL) proporcionam alta energia de pulso e potência de pico, tornando-as ideais para processamento ablativo de materiais e aplicações de micromecanização de alta precisão.
Data da publicação: 06/11/2023