Aperçu de la haute puissancelaser à semi-conducteurdeuxième partie du développement
Laser à fibre.
Les lasers à fibre offrent une solution économique pour augmenter la luminosité des lasers semi-conducteurs de forte puissance. Bien que les systèmes optiques à multiplexage en longueur d'onde puissent convertir des lasers semi-conducteurs de faible luminosité en lasers plus lumineux, cela se fait au prix d'une augmentation de la largeur spectrale et de la complexité photomécanique. Les lasers à fibre se sont avérés particulièrement efficaces pour la conversion de luminosité.
Les fibres à double gaine, apparues dans les années 1990 et constituées d'un cœur monomode entouré d'une gaine multimode, permettent d'injecter efficacement des lasers de pompage à semi-conducteurs multimodes de plus forte puissance et à moindre coût dans la fibre. Elles offrent ainsi une solution plus économique pour convertir des lasers à semi-conducteurs de forte puissance en sources lumineuses plus brillantes. Dans le cas des fibres dopées à l'ytterbium (Yb), le pompage excite une large bande d'absorption centrée à 915 nm, ou une bande d'absorption plus étroite proche de 976 nm. Lorsque la longueur d'onde de pompage se rapproche de la longueur d'onde d'émission du laser à fibre, le déficit quantique diminue, ce qui maximise le rendement et minimise la quantité de chaleur à dissiper.
Lasers à fibreet les lasers à semi-conducteurs pompés par diodes reposent tous deux sur l'augmentation de la luminosité delaser à diodeEn général, l'amélioration continue de la luminosité des diodes laser entraîne une augmentation de la puissance des lasers qu'elles alimentent. Cette amélioration de la luminosité des lasers à semi-conducteurs favorise une conversion de luminosité plus efficace.
Comme nous le prévoyons, la luminosité spatiale et spectrale sera nécessaire pour les futurs systèmes qui permettront un pompage à faible déficit quantique pour des caractéristiques d'absorption étroites dans les lasers à semi-conducteurs, ainsi que des schémas de réutilisation dense des longueurs d'onde pour les applications laser à semi-conducteurs directs.
Figure 2 : Luminosité accrue de la haute puissancelasers à semi-conducteurspermet d'étendre les applications
Marché et application
Les progrès réalisés dans le domaine des lasers semi-conducteurs de forte puissance ont rendu possibles de nombreuses applications importantes. Grâce à la réduction exponentielle du coût par watt de brillance de ces lasers, ces derniers remplacent les technologies anciennes et ouvrent la voie à de nouvelles catégories de produits.
Avec des coûts et des performances multipliés par plus de dix tous les dix ans, les lasers semi-conducteurs de forte puissance ont bouleversé le marché de manière inattendue. S'il est difficile de prédire avec précision les applications futures, il est néanmoins instructif de se pencher sur les trente dernières années pour entrevoir les possibilités de la prochaine décennie (voir figure 2).
Lorsque Hall a présenté les lasers à semi-conducteurs il y a plus de 50 ans, il a déclenché une révolution technologique. À l'instar de la loi de Moore, personne n'aurait pu prédire les brillants progrès réalisés dans le domaine des lasers à semi-conducteurs de haute puissance, qui ont ensuite donné lieu à une multitude d'innovations.
L'avenir des lasers à semi-conducteurs
Aucune loi physique fondamentale ne régit ces progrès, mais la poursuite des avancées technologiques devrait maintenir cette croissance exponentielle. Les lasers à semi-conducteurs continueront de remplacer les technologies traditionnelles et transformeront les méthodes de fabrication. Plus important encore pour la croissance économique, les lasers à semi-conducteurs de haute puissance modifieront également les possibilités de production.
Date de publication : 7 novembre 2023