نظرة عامة على تطوير ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة الجزء الثاني

نظرة عامة على الطاقة العاليةليزر أشباه الموصلاتالتطوير الجزء الثاني

ليزر الألياف.
توفر ألياف الليزر طريقة فعالة من حيث التكلفة لتحويل سطوع ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة. على الرغم من أن بصريات تعدد الإرسال ذات الطول الموجي يمكنها تحويل أشعة ليزر أشباه الموصلات منخفضة السطوع نسبيًا إلى أشعة أكثر سطوعًا، إلا أن ذلك يأتي على حساب زيادة العرض الطيفي والتعقيد الميكانيكي الضوئي. أثبتت أشعة الليزر أنها فعالة بشكل خاص في تحويل السطوع.

يمكن للألياف مزدوجة الغلاف التي تم تقديمها في التسعينيات، باستخدام نواة أحادية الوضع محاطة بكسوة متعددة الأوضاع، أن تقدم بشكل فعال طاقة أعلى ومنخفضة التكلفة لمضخة ليزر أشباه الموصلات متعددة الأوضاع في الألياف، مما يخلق طريقة أكثر اقتصادا لتحويل ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة إلى مصادر ضوء أكثر سطوعًا. بالنسبة للألياف المشبعة بالإيتربيوم (Yb)، تثير المضخة نطاق امتصاص واسع يتمركز عند 915 نانومتر، أو نطاق امتصاص أضيق بالقرب من 976 نانومتر. عندما يقترب طول موجة الضخ من الطول الموجي لليزر الليفي، يتم تقليل ما يسمى بالعجز الكمي، مما يزيد من الكفاءة ويقلل من كمية الحرارة المهدرة التي يجب تبديدها.

ليزر الأليافويعتمد كل من ليزر الحالة الصلبة الذي يتم ضخه بالديود على زيادة سطوع الضوءليزر ديود. بشكل عام، مع استمرار تحسن سطوع أشعة الليزر ذات الصمام الثنائي، تزداد أيضًا قوة أشعة الليزر التي تضخها. يميل تحسين سطوع ليزر أشباه الموصلات إلى تعزيز تحويل السطوع بشكل أكثر كفاءة.

كما نتوقع، سيكون السطوع المكاني والطيفي ضروريًا للأنظمة المستقبلية التي ستمكن من ضخ عجز كمي منخفض لميزات الامتصاص الضيق في ليزر الحالة الصلبة، بالإضافة إلى مخططات إعادة استخدام الطول الموجي الكثيف لتطبيقات ليزر أشباه الموصلات المباشرة.

الشكل 2: زيادة سطوع الطاقة العاليةليزر أشباه الموصلاتيسمح بتوسيع التطبيقات

السوق والتطبيق

لقد أدى التقدم في مجال ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة إلى جعل العديد من التطبيقات المهمة ممكنة. نظرًا لأن تكلفة سطوع واط ليزر أشباه الموصلات عالية الطاقة قد تم تخفيضها بشكل كبير، فإن أجهزة الليزر هذه تحل محل التقنيات القديمة وتتيح فئات منتجات جديدة.

مع تحسن التكلفة والأداء بأكثر من 10 أضعاف كل عقد، أحدثت أجهزة الليزر شبه الموصلة عالية الطاقة ثورة في السوق بطرق غير متوقعة. وفي حين أنه من الصعب التنبؤ بالتطبيقات المستقبلية بدقة، فمن المفيد أيضًا النظر إلى العقود الثلاثة الماضية لتخيل إمكانيات العقد المقبل (انظر الشكل 2).

عندما استعرض هول أشعة الليزر شبه الموصلة منذ أكثر من 50 عامًا، أطلق ثورة تكنولوجية. وكما هو الحال مع قانون مور، لم يكن بوسع أحد أن يتنبأ بالإنجازات الرائعة لأشعة الليزر شبه الموصلة عالية الطاقة التي أعقبت ذلك مجموعة متنوعة من الابتكارات المختلفة.

مستقبل ليزر أشباه الموصلات
لا توجد قوانين أساسية في الفيزياء تحكم هذه التحسينات، ولكن من المرجح أن يؤدي التقدم التكنولوجي المستمر إلى الحفاظ على هذا التطور المتسارع في روعة. سوف يستمر ليزر أشباه الموصلات في استبدال التقنيات التقليدية وسيغير طريقة صنع الأشياء. والأهم من ذلك بالنسبة للنمو الاقتصادي، أن أشعة الليزر شبه الموصلة عالية الطاقة ستغير أيضًا ما يمكن تصنيعه.