نظرة عامة على تطوير ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة - الجزء الثاني

نظرة عامة على الطاقة العاليةليزر أشباه الموصلاتالجزء الثاني من التطوير

ليزر الألياف.
تُوفّر ليزرات الألياف طريقة فعّالة من حيث التكلفة لتحويل سطوع ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة. ورغم أن بصريات تعدد إرسال الأطوال الموجية قادرة على تحويل ليزرات أشباه الموصلات منخفضة السطوع نسبيًا إلى ليزرات أكثر سطوعًا، إلا أن ذلك يأتي على حساب زيادة عرض الطيف وتعقيد العمليات الكهروضوئية. وقد أثبتت ليزرات الألياف فعاليتها بشكل خاص في تحويل السطوع.

تُتيح الألياف ذات الغلاف المزدوج، التي طُرحت في تسعينيات القرن الماضي، والتي تتكون من لب أحادي النمط محاط بغلاف متعدد الأنماط، إمكانية إدخال ليزرات ضخ أشباه الموصلات متعددة الأنماط ذات قدرة أعلى وتكلفة أقل إلى الألياف بكفاءة، مما يوفر طريقة أكثر اقتصادية لتحويل ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة إلى مصادر ضوئية أكثر سطوعًا. بالنسبة للألياف المُطعّمة بالإيتربيوم (Yb)، يُثير الضخ نطاق امتصاص واسعًا يتمركز عند 915 نانومتر، أو نطاق امتصاص أضيق بالقرب من 976 نانومتر. ومع اقتراب طول موجة الضخ من طول موجة الليزر الليفي، يقل ما يُسمى بالعجز الكمي، مما يزيد الكفاءة إلى أقصى حد ويقلل كمية الحرارة المهدرة التي يجب تبديدها.

ليزر الأليافوتعتمد كل من ليزرات الحالة الصلبة المضخّمة بالديود على زيادة سطوعليزر ثنائيبشكل عام، مع استمرار تحسن سطوع ليزرات الديود، تزداد أيضًا قدرة الليزرات التي تضخها. ويساهم تحسين سطوع ليزرات أشباه الموصلات في تعزيز كفاءة تحويل السطوع.

كما نتوقع، سيكون السطوع المكاني والطيفي ضروريًا للأنظمة المستقبلية التي ستمكن من ضخ نقص الكم المنخفض لميزات الامتصاص الضيقة في ليزرات الحالة الصلبة، بالإضافة إلى مخططات إعادة استخدام الطول الموجي الكثيف لتطبيقات ليزر أشباه الموصلات المباشرة.

الشكل 2: زيادة سطوع الطاقة العاليةليزرات أشباه الموصلاتيسمح بتوسيع نطاق التطبيقات

السوق والتطبيق

أتاحت التطورات في ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة إمكانية تطبيق العديد من التطبيقات المهمة. ونظرًا لانخفاض تكلفة كل واط من سطوع ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة بشكل كبير، فإن هذه الليزرات تحل محل التقنيات القديمة وتتيح فئات منتجات جديدة.

مع تحسن التكلفة والأداء بأكثر من عشرة أضعاف كل عقد، أحدثت ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة ثورة في السوق بطرق غير متوقعة. ورغم صعوبة التنبؤ بالتطبيقات المستقبلية بدقة، إلا أنه من المفيد أيضًا استعراض العقود الثلاثة الماضية لاستشراف إمكانيات العقد القادم (انظر الشكل 2).

عندما عرض هول ليزرات أشباه الموصلات قبل أكثر من 50 عامًا، أطلق ثورة تكنولوجية. ومثل قانون مور، لم يكن أحد ليتوقع الإنجازات الباهرة التي حققتها ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة والتي تلتها مجموعة متنوعة من الابتكارات المختلفة.

مستقبل ليزرات أشباه الموصلات
لا توجد قوانين فيزيائية أساسية تحكم هذه التحسينات، ولكن من المرجح أن يُسهم التقدم التكنولوجي المستمر في استدامة هذا التطور المتسارع. ستواصل ليزرات أشباه الموصلات استبدال التقنيات التقليدية، وستُحدث تغييرًا جذريًا في أساليب التصنيع. والأهم من ذلك بالنسبة للنمو الاقتصادي، أن ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة ستُغير أيضًا طبيعة المنتجات التي يُمكن تصنيعها.