उच्च शक्ति अर्धचालक लेजर विकास भाग एक को सिंहावलोकन

उच्च शक्ति को अवलोकनअर्धचालक लेजरविकास भाग एक

दक्षता र शक्ति सुधार गर्न जारी, लेजर डायोड (लेजर डायोड चालक) परम्परागत प्रविधिहरू प्रतिस्थापन गर्न जारी राख्नेछ, जसले गर्दा चीजहरू बनाइने तरिकामा परिवर्तन हुनेछ र नयाँ चीजहरूको विकासलाई सक्षम पार्नेछ। उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजरहरूमा महत्त्वपूर्ण सुधारहरूको बुझाइ पनि सीमित छ। सेमीकन्डक्टरहरू मार्फत इलेक्ट्रोनहरूलाई लेजरहरूमा रूपान्तरण पहिलो पटक 1962 मा प्रदर्शन गरिएको थियो, र विभिन्न प्रकारका पूरक प्रगतिहरूले पछ्याएको छ जसले इलेक्ट्रोनहरूलाई उच्च-उत्पादकता लेजरहरूमा रूपान्तरणमा ठूलो प्रगति गरेको छ। यी प्रगतिहरूले महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगहरूलाई अप्टिकल भण्डारणबाट अप्टिकल नेटवर्किङसम्म औद्योगिक क्षेत्रहरूको विस्तृत दायरालाई समर्थन गरेको छ।

यी प्रगतिहरू र तिनीहरूको संचयी प्रगतिको समीक्षाले अर्थतन्त्रका धेरै क्षेत्रमा अझ बढी र व्यापक प्रभावको सम्भावनालाई प्रकाश पार्छ। वास्तवमा, उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजरहरूको निरन्तर सुधारको साथ, यसको अनुप्रयोग क्षेत्रले विस्तारलाई गति दिनेछ, र आर्थिक वृद्धिमा गहिरो प्रभाव पार्नेछ।

चित्र १: ल्युमिनेन्सको तुलना र उच्च शक्ति सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको मूरको नियम

डायोड-पम्प गरिएको ठोस-स्टेट लेजरहरू रफाइबर लेजरहरू

उच्च-शक्ति सेमिकन्डक्टर लेजरहरूमा भएको प्रगतिले डाउनस्ट्रीम लेजर टेक्नोलोजीको विकासलाई पनि निम्त्याएको छ, जहाँ सेमीकन्डक्टर लेजरहरू सामान्यतया उत्तेजित (पम्प) डोपेड क्रिस्टलहरू (डायोड-पम्प गरिएको ठोस-स्टेट लेजरहरू) वा डोपेड फाइबरहरू (फाइबर लेजरहरू) को लागि प्रयोग गरिन्छ।

यद्यपि अर्धचालक लेजरहरूले कुशल, सानो, र कम लागतको लेजर ऊर्जा प्रदान गर्दछ, तिनीहरूसँग दुई प्रमुख सीमाहरू पनि छन्: तिनीहरू ऊर्जा भण्डार गर्दैनन् र तिनीहरूको चमक सीमित छ। सामान्यतया, धेरै अनुप्रयोगहरूलाई दुई उपयोगी लेजरहरू चाहिन्छ; एउटा बिजुलीलाई लेजर उत्सर्जनमा रूपान्तरण गर्न प्रयोग गरिन्छ, र अर्को त्यो उत्सर्जनको चमक बढाउन प्रयोग गरिन्छ।

डायोड-पम्प गरिएको ठोस-राज्य लेजरहरू।
1980 को दशकको अन्तमा, ठोस-राज्य लेजरहरू पम्प गर्न अर्धचालक लेजरहरूको प्रयोगले महत्त्वपूर्ण व्यावसायिक चासो प्राप्त गर्न थाल्यो। डायोड-पम्प्ड सॉलिड-स्टेट लेजरहरू (DPSSL) नाटकीय रूपमा थर्मल व्यवस्थापन प्रणाली (मुख्य रूपमा साइकल कूलरहरू) को आकार र जटिलता कम गर्दछ र मोड्युलहरू प्राप्त गर्दछ, जसले ऐतिहासिक रूपमा ठोस-स्टेट लेजर क्रिस्टलहरू पम्प गर्न आर्क बत्तीहरू प्रयोग गरेको छ।

सेमीकन्डक्टर लेजरको तरंगदैर्ध्य ठोस-स्टेट लेजरको लाभ माध्यमको साथ स्पेक्ट्रल अवशोषण विशेषताहरूको ओभरल्यापको आधारमा चयन गरिएको छ, जसले चाप बत्तीको वाइडब्यान्ड उत्सर्जन स्पेक्ट्रमको तुलनामा थर्मल लोडलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्न सक्छ। 1064nm तरंगदैर्ध्य उत्सर्जन गर्ने neodymium-doped लेजरहरूको लोकप्रियतालाई ध्यानमा राख्दै, 808nm अर्धचालक लेजर 20 वर्ष भन्दा बढीको लागि अर्धचालक लेजर उत्पादनमा सबैभन्दा उत्पादक उत्पादन भएको छ।

दोस्रो पुस्ताको सुधारिएको डायोड पम्पिङ दक्षता बहु-मोड अर्धचालक लेजरहरूको बढ्दो चमक र 2000 को मध्यमा बल्क ब्राग ग्रेटिंग्स (VBGS) प्रयोग गरेर संकीर्ण उत्सर्जन लाइनविड्थहरू स्थिर गर्ने क्षमताले सम्भव भएको थियो। लगभग 880nm को कमजोर र साँघुरो वर्णक्रमीय अवशोषण विशेषताहरूले स्पेक्ट्रली स्थिर उच्च चमक पम्प डायोडहरूमा ठूलो चासो जगाएको छ। यी उच्च कार्यसम्पादन लेजरहरूले 4F3/2 को माथिल्लो लेजर स्तरमा सीधा नियोडिमियम पम्प गर्न सम्भव बनाउँदछ, क्वान्टम घाटा कम गर्दछ र उच्च औसत शक्तिमा आधारभूत मोड निकासीमा सुधार गर्दछ, जुन अन्यथा थर्मल लेन्सहरू द्वारा सीमित हुनेछ।

यस शताब्दीको दोस्रो दशकको प्रारम्भमा, हामीले एकल-ट्रान्सभर्स मोड 1064nm लेजरहरूमा उल्लेखनीय शक्ति वृद्धि देखिरहेका थियौं, साथै तिनीहरूको फ्रिक्वेन्सी रूपान्तरण लेजरहरू दृश्यमान र पराबैंगनी तरंग दैर्ध्यमा काम गरिरहेका थिए। Nd: YAG र Nd: YVO4 को लामो माथिल्लो ऊर्जा जीवनकाललाई ध्यानमा राख्दै, यी DPSSL Q-स्विच गरिएका अपरेसनहरूले उच्च पल्स ऊर्जा र शिखर पावर प्रदान गर्दछ, तिनीहरूलाई ablative सामग्री प्रशोधन र उच्च-परिशुद्धता माइक्रोमेसिनिङ अनुप्रयोगहरूको लागि आदर्श बनाउँछ।