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

نظرة عامة على الطاقة العاليةليزر أشباه الموصلاتالجزء الثاني من التطوير

ليزر الألياف.
تُوفر ليزرات الألياف طريقةً فعّالة من حيث التكلفة لتحويل سطوع ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة. على الرغم من 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 العرض الطيفي والتعقيد الميكانيكي الضوئي. وقد أثبتت ليزرات الألياف فعاليتها بشكل خاص في تحويل السطوع.

الألياف ثنائية الغلاف، التي طُرحت في تسعينيات القرن الماضي، باستخدام نواة أحادية الوضع محاطة بغلاف متعدد الأوضاع، تُدخل بفعالية ليزرات مضخة أشباه الموصلات متعددة الأوضاع عالية الطاقة ومنخفضة التكلفة إلى الألياف، مما يُتيح طريقة أكثر اقتصادًا لتحويل ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة إلى مصادر ضوء أكثر سطوعًا. بالنسبة للألياف المُشبعة بالإيتربيوم (Yb)، تُثير المضخة نطاق امتصاص واسعًا يتركز عند 915 نانومتر، أو نطاق امتصاص أضيق بالقرب من 976 نانومتر. مع اقتراب طول موجة الضخ من طول موجة الليزر في ليزر الألياف، ينخفض ​​ما يُسمى بالعجز الكمي، مما يُعزز الكفاءة ويُقلل من كمية الحرارة المُهدرة التي يجب تبديدها.

ليزر الأليافتعتمد كل من الليزرات ذات الحالة الصلبة المضخوخة بالثنائيات على زيادة سطوعليزر ثنائيبشكل عام، مع استمرار تحسن سطوع ليزرات الثنائيات، تزداد قوة الليزرات التي تضخها. ويساهم تحسين سطوع ليزرات أشباه الموصلات في زيادة كفاءة تحويل السطوع.

وكما نتوقع، فإن السطوع المكاني والطيفي سيكون ضروريًا للأنظمة المستقبلية التي ستمكن من ضخ العجز الكمي المنخفض لميزات الامتصاص الضيقة في الليزر الحالة الصلبة، بالإضافة إلى مخططات إعادة استخدام الطول الموجي الكثيف لتطبيقات الليزر أشباه الموصلات المباشرة.

الشكل 2: زيادة سطوع الطاقة العاليةليزرات أشباه الموصلاتيسمح بتوسيع التطبيقات

السوق والتطبيق

لقد أتاح التطور في ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة العديد من التطبيقات المهمة. ونظرًا للانخفاض الهائل في تكلفة واط السطوع في ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة، فقد حلت هذه الليزرات محل التقنيات القديمة، كما أتاحت فرصًا جديدة لطرح منتجات جديدة.

مع تحسّن التكلفة والأداء بأكثر من عشرة أضعاف كل عقد، أحدثت ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة ثورةً في السوق بطرق غير متوقعة. وبينما يصعب التنبؤ بدقة بالتطبيقات المستقبلية، من المفيد أيضًا استعراض العقود الثلاثة الماضية لتخيل إمكانيات العقد المقبل (انظر الشكل 2).

عندما عرض هول ليزر أشباه الموصلات قبل أكثر من خمسين عامًا، أطلق ثورة تكنولوجية. وكما هو الحال مع قانون مور، لم يكن أحد ليتوقع الإنجازات الباهرة لليزر أشباه الموصلات عالي القدرة، والتي تلتها مجموعة متنوعة من الابتكارات المختلفة.

مستقبل ليزر أشباه الموصلات
لا توجد قوانين فيزيائية أساسية تحكم هذه التحسينات، ولكن من المرجح أن يُسهم التقدم التكنولوجي المستمر في دعم هذا التطور الهائل. ستواصل ليزرات أشباه الموصلات استبدال التقنيات التقليدية، وستُحدث تغييرًا جذريًا في طريقة تصنيع الأشياء. والأهم من ذلك، بالنسبة للنمو الاقتصادي، أن ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة ستُحدث تغييرًا جذريًا في ما يُمكن تصنيعه.