ഉയർന്ന പവർ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ വികസനത്തിന്റെ ആദ്യ ഭാഗത്തിന്റെ അവലോകനം

ഉയർന്ന ശക്തിയുടെ അവലോകനംഅർദ്ധചാലക ലേസർവികസനം ഒന്നാം ഭാഗം

കാര്യക്ഷമതയും ശക്തിയും മെച്ചപ്പെട്ടുകൊണ്ടിരിക്കുമ്പോൾ, ലേസർ ഡയോഡുകൾ (ലേസർ ഡയോഡ് ഡ്രൈവർ) പരമ്പരാഗത സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്ക് പകരമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നത് തുടരും, അതുവഴി കാര്യങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്ന രീതി മാറ്റുകയും പുതിയ കാര്യങ്ങളുടെ വികസനം സാധ്യമാക്കുകയും ചെയ്യും. ഉയർന്ന പവർ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളിലെ ഗണ്യമായ പുരോഗതിയെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണയും പരിമിതമാണ്. സെമികണ്ടക്ടറുകൾ വഴി ഇലക്ട്രോണുകളെ ലേസറുകളാക്കി മാറ്റുന്നത് ആദ്യമായി 1962-ൽ പ്രദർശിപ്പിച്ചു, തുടർന്ന് ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയുള്ള ലേസറുകളാക്കി മാറ്റുന്നതിൽ വലിയ പുരോഗതിക്ക് കാരണമായ വൈവിധ്യമാർന്ന പൂരക പുരോഗതികൾ ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. ഒപ്റ്റിക്കൽ സംഭരണം മുതൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ നെറ്റ്‌വർക്കിംഗ് വരെയുള്ള വിവിധ വ്യാവസായിക മേഖലകളിലേക്കുള്ള പ്രധാന ആപ്ലിക്കേഷനുകളെ ഈ പുരോഗതി പിന്തുണച്ചിട്ടുണ്ട്.

ഈ പുരോഗതികളുടെയും അവയുടെ സഞ്ചിത പുരോഗതിയുടെയും ഒരു അവലോകനം സമ്പദ്‌വ്യവസ്ഥയുടെ പല മേഖലകളിലും കൂടുതൽ വലുതും വ്യാപകവുമായ ആഘാതത്തിനുള്ള സാധ്യതയെ എടുത്തുകാണിക്കുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ, ഉയർന്ന പവർ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ തുടർച്ചയായ മെച്ചപ്പെടുത്തലോടെ, അതിന്റെ പ്രയോഗ മേഖല വികാസത്തെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും സാമ്പത്തിക വളർച്ചയിൽ ആഴത്തിലുള്ള സ്വാധീനം ചെലുത്തുകയും ചെയ്യും.

ചിത്രം 1: പ്രകാശത്തിന്റെ താരതമ്യം, ഉയർന്ന പവർ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ മൂറിന്റെ നിയമം.

ഡയോഡ്-പമ്പ് ചെയ്ത സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറുകളുംഫൈബർ ലേസറുകൾ

ഉയർന്ന പവർ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളിലെ പുരോഗതി ഡൗൺസ്ട്രീം ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികാസത്തിലേക്ക് നയിച്ചു, അവിടെ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾ സാധാരണയായി ഡോപ്ഡ് ക്രിസ്റ്റലുകൾ (ഡയോഡ്-പമ്പ്ഡ് സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറുകൾ) അല്ലെങ്കിൽ ഡോപ്ഡ് ഫൈബറുകൾ (ഫൈബർ ലേസറുകൾ) ഉത്തേജിപ്പിക്കാൻ (പമ്പ്) ഉപയോഗിക്കുന്നു.

സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾ കാര്യക്ഷമവും ചെറുതും വിലകുറഞ്ഞതുമായ ലേസർ ഊർജ്ജം നൽകുന്നുണ്ടെങ്കിലും, അവയ്ക്ക് രണ്ട് പ്രധാന പരിമിതികളുമുണ്ട്: അവ ഊർജ്ജം സംഭരിക്കുന്നില്ല, അവയുടെ തെളിച്ചം പരിമിതമാണ്. അടിസ്ഥാനപരമായി, പല ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും രണ്ട് ഉപയോഗപ്രദമായ ലേസറുകൾ ആവശ്യമാണ്; ഒന്ന് വൈദ്യുതിയെ ലേസർ എമിഷനാക്കി മാറ്റാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, മറ്റൊന്ന് ആ എമിഷന്റെ തെളിച്ചം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഡയോഡ്-പമ്പ് ചെയ്ത സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറുകൾ.
1980-കളുടെ അവസാനത്തിൽ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറുകൾ പമ്പ് ചെയ്യാൻ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ ഉപയോഗം ഗണ്യമായ വാണിജ്യ താൽപ്പര്യം നേടാൻ തുടങ്ങി. ഡയോഡ്-പമ്പ്ഡ് സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറുകൾ (DPSSL) താപ മാനേജ്മെന്റ് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ (പ്രാഥമികമായി സൈക്കിൾ കൂളറുകൾ) വലിപ്പവും സങ്കീർണ്ണതയും നാടകീയമായി കുറയ്ക്കുകയും മൊഡ്യൂളുകൾ നേടുകയും ചെയ്യുന്നു, ചരിത്രപരമായി ഇവ സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസർ ക്രിസ്റ്റലുകൾ പമ്പ് ചെയ്യാൻ ആർക്ക് ലാമ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്.

ആർക്ക് ലാമ്പിന്റെ വൈഡ്‌ബാൻഡ് എമിഷൻ സ്പെക്ട്രവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ താപ ലോഡ് ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുന്ന സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറിന്റെ ഗെയിൻ മീഡിയവുമായുള്ള സ്പെക്ട്രൽ ആഗിരണം സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ ഓവർലാപ്പിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത്. 1064nm തരംഗദൈർഘ്യം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന നിയോഡൈമിയം-ഡോപ്പഡ് ലേസറുകളുടെ ജനപ്രീതി കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, 808nm സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ 20 വർഷത്തിലേറെയായി സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ ഉൽപ്പാദനത്തിലെ ഏറ്റവും ഉൽപ്പാദനക്ഷമമായ ഉൽപ്പന്നമായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

2000-കളുടെ മധ്യത്തിൽ മൾട്ടി-മോഡ് സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ വർദ്ധിച്ച തെളിച്ചവും ബൾക്ക് ബ്രാഗ് ഗ്രേറ്റിംഗുകൾ (VBGS) ഉപയോഗിച്ച് നാരോ എമിഷൻ ലൈൻവിഡ്ത്ത് സ്ഥിരപ്പെടുത്താനുള്ള കഴിവും രണ്ടാം തലമുറയുടെ മെച്ചപ്പെട്ട ഡയോഡ് പമ്പിംഗ് കാര്യക്ഷമത സാധ്യമാക്കി. ഏകദേശം 880nm ന്റെ ദുർബലവും ഇടുങ്ങിയതുമായ സ്പെക്ട്രൽ ആഗിരണം സവിശേഷതകൾ സ്പെക്ട്രലി സ്ഥിരതയുള്ള ഉയർന്ന ബ്രൈറ്റ്‌നെസ് പമ്പ് ഡയോഡുകളിൽ വലിയ താൽപ്പര്യം ഉണർത്തി. ഈ ഉയർന്ന പ്രകടന ലേസറുകൾ 4F3/2 ന്റെ മുകളിലെ ലേസർ തലത്തിൽ നേരിട്ട് നിയോഡൈമിയം പമ്പ് ചെയ്യാൻ സാധ്യമാക്കുന്നു, ഇത് ക്വാണ്ടം കമ്മി കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി ഉയർന്ന ശരാശരി പവറിൽ അടിസ്ഥാന മോഡ് എക്‌സ്‌ട്രാക്ഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, അല്ലാത്തപക്ഷം ഇത് തെർമൽ ലെൻസുകളാൽ പരിമിതപ്പെടുത്തപ്പെടും.

ഈ നൂറ്റാണ്ടിന്റെ രണ്ടാം ദശകത്തിന്റെ തുടക്കത്തിൽ, സിംഗിൾ-ട്രാൻസ്‌വേഴ്‌സ് മോഡ് 1064nm ലേസറുകളിലും, ദൃശ്യ, അൾട്രാവയലറ്റ് തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന അവയുടെ ഫ്രീക്വൻസി കൺവേർഷൻ ലേസറുകളിലും ഗണ്യമായ പവർ വർദ്ധനവ് ഞങ്ങൾ കണ്ടു. Nd: YAG, Nd: YVO4 എന്നിവയുടെ നീണ്ട ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ആയുസ്സ് കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഈ DPSSL Q-സ്വിച്ച്ഡ് പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഉയർന്ന പൾസ് ഊർജ്ജവും പീക്ക് പവറും നൽകുന്നു, ഇത് അബ്ലേറ്റീവ് മെറ്റീരിയൽ പ്രോസസ്സിംഗിനും ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള മൈക്രോമാച്ചിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.