高出力半導体レーザー開発パート1の概要

高出力の概要半導体レーザー開発パート1

効率と電力が向上し続けるにつれて、レーザーダイオード（レーザーダイオードドライバー）従来のテクノロジーに取って代わり続け、それによって物事の作り方を変え、新しいものの開発を可能にします。高出力半導体レーザーの大幅な改善の理解も限られています。半導体を介した電子のレーザーへの変換が1962年に最初に実証され、電子の高生産レーザーへの変換の大きな進歩を促進する多種多様な相補的進歩が続きました。これらの進歩により、光学貯蔵庫から光学ネットワーキング、幅広い産業分野までの重要なアプリケーションがサポートされています。

これらの進歩とそれらの累積的な進歩のレビューは、経済の多くの分野におけるさらに大きくより広範な影響の可能性を強調しています。実際、高出力半導体レーザーの継続的な改善により、その応用分野は拡大を加速し、経済成長に大きな影響を与えます。

図1：高出力半導体レーザーの輝度とムーアの法則の比較

ダイオードポンプ固体レーザーとファイバーレーザー

高出力半導体レーザーの進歩は、下流レーザー技術の開発にもつながり、通常、半導体レーザーがドープされた結晶（ダイオードポンプ固体レーザー）またはドープされたファイバー（繊維レーザー）を励起するために使用されます。

半導体レーザーは効率的で、小さく、低コストのレーザーエネルギーを提供しますが、2つの重要な制限もあります。エネルギーを保存せず、明るさは限られています。基本的に、多くのアプリケーションには2つの有用なレーザーが必要です。 1つは電気をレーザー放射に変換するために使用され、もう1つはその放出の明るさを高めるために使用されます。

ダイオードポンプ固体レーザー。
1980年代後半に、固体レーザーをポンピングするために半導体レーザーを使用して、大きな商業的関心を獲得し始めました。ダイオードポンプの固体レーザー（DPSSL）は、熱管理システム（主にサイクルクーラー）のサイズと複雑さを劇的に減らし、歴史的にアークランプを使用して固体レーザー結晶をポンピングしてきたモジュールを獲得しています。

半導体レーザーの波長は、アークランプの広帯放出スペクトルと比較して熱負荷を大幅に減らすことができる、ソリッドステートレーザーのゲイン培地とのスペクトル吸収特性のオーバーラップに基づいて選択されます。 1064nmの波長を発するネオジムドープレーザーの人気を考慮すると、808NMの半導体レーザーは、20年以上にわたって半導体レーザー生産で最も生産的な製品になりました。

第2世代の改善されたダイオードポンピング効率は、マルチモード半導体レーザーの輝度の増加と、2000年代半ばのバルクブラッググレーティング（VBG）を使用して狭い排出線幅を安定化する能力によって可能になりました。約880nmの弱いスペクトル吸収特性と狭いスペクトル吸収特性は、スペクトル安定した高輝度ポンプダイオードに大きな関心を集めています。これらの高性能レーザーにより、4F3/2の上部レーザーレベルでネオジムを直接ポンプで送り、量子障害を減らし、それによってより高い平均出力で基本モード抽出を改善し、そうでなければ熱レンズによって制限されます。

今世紀の初期の10年までに、私たちは、一本トランスバースモード1064NMレーザーの大幅なパワー増加と、可視および紫外線波長で動作する周波数変換レーザーを目の当たりにしていました。 ND：YAGおよびND：YVO4の長いエネルギー寿命を考えると、これらのDPSSL Qスイッチ操作は高いパルスエネルギーとピークパワーを提供するため、アブレーション材料処理と高精度のマイクロマシニングアプリケーションに最適です。