Descripción general de alta potencialáser semiconductorDesarrollo, primera parte
A medida que la eficiencia y la potencia siguen mejorando, los diodos láser (controlador de diodos láserContinuarán reemplazando las tecnologías tradicionales, transformando así la forma en que se fabrican las cosas y posibilitando el desarrollo de nuevas tecnologías. El conocimiento sobre las mejoras significativas en los láseres semiconductores de alta potencia también 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 grandes progresos en la conversión de electrones en láseres de alta productividad. Estos avances han respaldado importantes aplicaciones, desde el almacenamiento óptico hasta las redes ópticas, abarcando una amplia gama de campos industriales.
Un análisis de estos avances y su progreso acumulativo pone de manifiesto 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 en láseres semiconductores de alta potencia.
Láseres de estado sólido bombeados por diodos yláseres de fibra
Los avances en los láseres semiconductores de alta potencia también han propiciado el desarrollo de la tecnología láser posterior, donde los láseres semiconductores se utilizan normalmente para excitar (bombear) cristales dopados (láseres de estado sólido bombeados por diodos) o fibras dopadas (láseres de fibra).
Si bien los láseres semiconductores proporcionan energía láser eficiente, compacta y de bajo costo, también presentan dos limitaciones clave: no almacenan energía y su brillo es limitado. Básicamente, muchas aplicaciones requieren dos láseres útiles: uno para convertir la electricidad en emisión láser y otro para aumentar el brillo de dicha emisión.
Láseres de estado sólido bombeados por diodos.
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 diodos (DPSSL) reducen drásticamente el tamaño y la complejidad de los sistemas de gestión térmica (principalmente enfriadores 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 reduce 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 convertido en el producto más productivo en la fabricación de láseres semiconductores durante más de 20 años.
La mejora en la eficiencia de bombeo de los diodos de segunda generación fue posible gracias al aumento de brillo de los láseres semiconductores multimodo y a la capacidad de estabilizar anchos de línea de emisión estrechos mediante rejillas de Bragg volumétricas (VBGS) a mediados de la década de 2000. Las características de absorción espectral débiles y estrechas alrededor de 880 nm han despertado gran interés en diodos de bombeo de alto brillo y espectralmente estables. Estos láseres de mayor rendimiento permiten bombear neodimio directamente al nivel láser superior de 4F3/2, reduciendo los déficits cuánticos y, por lo tanto, mejorando la extracción del modo fundamental a mayor potencia promedio, que de otro modo estaría limitada por lentes térmicas.
A principios de la segunda década de este siglo, presenciábamos un aumento significativo de la potencia de los láseres de 1064 nm de modo transversal único, así como de sus láseres de conversión de frecuencia que operaban en las longitudes de onda visible y ultravioleta. Dada la larga vida útil de la energía superior de Nd:YAG y Nd:YVO4, estas operaciones de conmutación Q de DPSSL proporcionan una alta energía de pulso y potencia pico, lo que las hace ideales para el procesamiento de materiales ablativos y aplicaciones de micromecanizado de alta precisión.
Fecha de publicación: 6 de noviembre de 2023