曩昔几十年的立异带来了激动人心的改进。特别是,亮度方面的改进很超卓。 1985年,其时最先进的高功率能够将105毫瓦的功率耦合到105微米的芯径光纤中。最先进的高功率半导体现在能够发生超越250瓦、具有单一波长的105微米光纤 - 每八年添加10倍。
摩尔构思“将更多元件固定在集成电路上”-随后,每个芯片晶体管的数量每7年添加10倍。偶然的是,高功率半导体激光器以相似的指数速率将更多的光子融入光纤(见图1)。
大功率半导体激光器亮度的改进促进了各种不行预见技能的开展。虽然这一趋势的连续还需求更多立异,但有理由信任半导体激光技能的立异还远未完结。人们所熟知的物理学能够经过继续的技能开展进一步进步半导体激光器的功用。
例如,比较当时的量子阱器材而言,量子点增益介质能够明显进步功率。慢轴亮度供给了另一个数量级的改进潜力。具有改进的散热和扩展匹配的新式包装资料将供给继续功耗调整和简化热办理所需的增强功用。这些要害开展将为未来几十年高功率半导体激光器的开展供给路线图。
高功率半导体激光器的改进使下流激光器技能的开展成为可能;在下流激光器技能领域,半导体激光器被用于激起(泵浦)掺杂晶体(二极管泵浦固态激光器)或掺杂光纤(光纤激光器)。
虽然半导体激光器供给高功率,低本钱的激光动力,但有其有两个要害约束:它们不贮存能量、亮度也有限。基本上这两种激光器需求用于许多运用:其间一个用于将电转化成激光发射,别的一个则用来增强该激光发射的亮度。
二极管泵浦固体激光器。在二十世纪八十年代后期,用半导体激光器泵浦固体激光器的运用开端在商业运用中逐步遍及。二极管泵浦固体激光器(DPSSL)极大地缩小了热办理体系(主要是循环冷却器)的尺度和复杂性,而且获得了向来结合了弧光灯用于泵浦固态激光晶体的模块。
半导体激光器波长的挑选是根据它们与固态激光增益介质的光谱吸收特性的堆叠来进行的;与弧光灯的宽带发射光谱比较,极大地降低了热负荷。因为1064nm钕基激光器的遍及,20多年以来,808nm泵浦波长成为半导体激光器中数量最大的波长。
跟着多模半导体激光器亮度的进步以及在2000年中期能够用体布拉格光栅(VBGs)安稳窄发射线宽的才能,完成了第二代改进的二极管泵浦功率。880nm左右的较弱和光谱窄的吸收特征成为了高亮度泵浦二极管的研讨热门,这些二极管能完成光谱安稳。这些更高功用的激光器能够直接激起钕中的激光上能级4F3 / 2,削减了量子缺点,然后改进了平均功率更高的基模提取,不然将会遭到热透镜的约束。
到2010年头,咱们目击了单横模1064nm激光器及相关系列频率转化激光器在可见光和紫外波段作业的大功率缩放趋势。因为Nd:YAG和Nd:YVO4较长的高能态寿数,这些DPSSL的Q开关操作供给了高脉冲能量和峰值功率,十分适合于烧蚀资料加工和高精度微加工运用。
光纤激光器。光纤激光器供给了一种转化高功率半导体激光器亮度的愈加有用的方法。虽然波长复用光学器材能够将亮度比较来说较低的半导体激光器转化为较亮的半导体激光器,但这却是以添加光谱宽度和光学机械复杂度为价值的。光纤激光器已被证明在光度转化中特别有用。
在20世纪90年代引进的双包层光纤运用由多模包层盘绕的单模光纤,能够将更高功率,更低本钱的多模半导体泵浦激光器高效地投入光纤,然后创造出一种更经济的方法来将高功率半导体激光器到转化成更亮堂的激光器。关于掺杂镱(Yb)的光纤而言,该泵浦激起了以915 nm为中心的宽吸收或976 nm左右的较窄带特征。跟着泵浦波长挨近光纤激光器的激射波长,所谓的量子缺点就会削减,然后功率最大化,余热散失量最小化。
光纤激光器和二极管泵浦固体激光器都依赖于二极管激光亮度的改进。一般来说,跟着二极管激光器亮度的不断改进,它们泵浦的激光器功率份额也渐渐变得大。半导体激光器的亮度进步有利于促进更高效的亮度转化。
正如咱们所等待的那样,空间和光谱亮度对未来的体系来说将是必要的,这将使固体激光器中具有窄吸收特征的低量子缺点泵浦和直接半导体激光器运用的密布波长多路复用计划成为可能。