Descripción general de alta potencialáser semiconductorDesarrollo, primera parte
A medida que la eficiencia y la potencia siguen mejorando, los diodos láser (controlador de diodos láserLos semiconductores seguirán reemplazando las tecnologías tradicionales, transformando así los procesos de fabricación y posibilitando el desarrollo de nuevos productos. El conocimiento sobre las importantes mejoras en los láseres semiconductores de alta potencia aún es limitado. La conversión de electrones en láseres mediante semiconductores se demostró por primera vez en 1962, y desde entonces se han producido numerosos avances complementarios que han impulsado un enorme progreso en la conversión de electrones en láseres de alta productividad. Estos avances han sido fundamentales para importantes aplicaciones, desde el almacenamiento óptico y las redes ópticas hasta una amplia gama de sectores industriales.
Un análisis de estos avances y su progreso acumulativo pone de relieve el potencial de un impacto aún mayor y más generalizado en numerosos sectores de la economía. De hecho, con la mejora continua de los láseres semiconductores de alta potencia, su campo de aplicación se expandirá rápidamente y tendrá un profundo impacto en el crecimiento económico.
Figura 1: Comparación de la luminancia y la ley de Moore de los láseres semiconductores de alta potencia
Láseres de estado sólido bombeados por diodo yláseres de fibra
Los avances en láseres semiconductores de alta potencia también han llevado al desarrollo de tecnología láser derivada, donde los láseres semiconductores se utilizan normalmente para excitar (bombear) cristales dopados (láseres de estado sólido bombeados por diodo) o fibras dopadas (láseres de fibra).
Si bien los láseres semiconductores proporcionan energía láser eficiente, compacta y económica, presentan dos limitaciones clave: no almacenan energía y su brillo es limitado. En esencia, muchas aplicaciones requieren dos láseres útiles: uno para convertir la electricidad en una emisión láser y otro para aumentar el brillo de dicha emisión.
Láseres de estado sólido bombeados por diodo.
A finales de la década de 1980, el uso de láseres semiconductores para bombear láseres de estado sólido comenzó a despertar un gran interés comercial. Los láseres de estado sólido bombeados por diodo (DPSSL) reducen drásticamente el tamaño y la complejidad de los sistemas de gestión térmica (principalmente refrigeradores cíclicos) y los módulos de ganancia, que históricamente han utilizado lámparas de arco para bombear los cristales láser de estado sólido.
La longitud de onda del láser semiconductor se selecciona en función de la superposición de las características de absorción espectral con el medio de ganancia del láser de estado sólido, lo que puede reducir significativamente la carga térmica en comparación con el espectro de emisión de banda ancha de la lámpara de arco. Dada la popularidad de los láseres dopados con neodimio que emiten a 1064 nm, el láser semiconductor de 808 nm se ha consolidado como el producto más demandado en la fabricación de láseres semiconductores durante más de 20 años.
La mayor eficiencia de bombeo de diodos de segunda generación fue posible gracias al aumento de la luminosidad de los láseres semiconductores multimodo y a la capacidad de estabilizar líneas espectrales de emisión estrechas mediante rejillas de Bragg de volumen (VBGS) a mediados de la década de 2000. Las características de absorción espectral débiles y estrechas en torno a los 880 nm han despertado un gran interés en diodos de bombeo de alta luminosidad y espectralmente estables. Estos láseres de mayor rendimiento permiten bombear neodimio directamente en el nivel láser superior de 4F3/2, reduciendo los déficits cuánticos y, por tanto, mejorando la extracción del modo fundamental a mayor potencia media, que de otro modo estaría limitada por las lentes térmicas.
A principios de la segunda década de este siglo, presenciamos un aumento significativo de la potencia en los láseres de 1064 nm de modo transversal único, así como en sus láseres de conversión de frecuencia que operan en las longitudes de onda visibles y ultravioleta. Gracias a la larga vida útil de la energía superior de los láseres Nd:YAG y Nd:YVO4, estas operaciones de conmutación Q de láseres DPSSL proporcionan una alta energía de pulso y potencia pico, lo que los hace ideales para el procesamiento de materiales ablativos y aplicaciones de micromecanizado de alta precisión.
Fecha de publicación: 6 de noviembre de 2023