Aperçu de la haute puissancelaser à semi-conducteurdéveloppement première partie
À mesure que l’efficacité et la puissance continuent de s’améliorer, les diodes laser(pilote de diodes laser) continueront de remplacer les technologies traditionnelles, transformant ainsi les modes de fabrication et permettant le développement de nouvelles technologies. La compréhension des améliorations significatives apportées aux lasers à semi-conducteurs de haute puissance est également limitée. La conversion d'électrons en lasers via des semi-conducteurs a été démontrée pour la première fois en 1962, et de nombreuses avancées complémentaires ont suivi, générant d'énormes progrès dans la conversion d'électrons en lasers à haute productivité. Ces avancées ont soutenu d'importantes applications, du stockage optique aux réseaux optiques, dans un large éventail de domaines industriels.
L'examen de ces avancées et de leurs progrès cumulés met en évidence un potentiel d'impact encore plus important et plus étendu dans de nombreux secteurs de l'économie. De fait, grâce à l'amélioration continue des lasers à semi-conducteurs de haute puissance, leur champ d'application va accélérer son expansion et avoir un impact profond sur la croissance économique.
Figure 1 : Comparaison de la luminance et de la loi de Moore des lasers à semi-conducteurs de haute puissance
Lasers à semi-conducteurs pompés par diode etlasers à fibre
Les progrès réalisés dans le domaine des lasers à semi-conducteurs de haute puissance ont également conduit au développement d’une technologie laser en aval, où les lasers à semi-conducteurs sont généralement utilisés pour exciter (pomper) des cristaux dopés (lasers à semi-conducteurs pompés par diode) ou des fibres dopées (lasers à fibre).
Bien que les lasers à semi-conducteurs fournissent une énergie laser efficace, compacte et peu coûteuse, ils présentent deux limitations majeures : ils ne stockent pas d'énergie et leur luminosité est limitée. En effet, de nombreuses applications nécessitent deux lasers utiles : l'un convertit l'électricité en émission laser, et l'autre améliore la luminosité de cette émission.
Lasers à semi-conducteurs pompés par diode.
À la fin des années 1980, l'utilisation de lasers à semi-conducteurs pour pomper des lasers à solide a commencé à susciter un intérêt commercial important. Les lasers à solide pompés par diodes (DPSSL) réduisent considérablement la taille et la complexité des systèmes de gestion thermique (principalement les refroidisseurs de cycle) et des modules de gain, qui utilisaient traditionnellement des lampes à arc pour pomper les cristaux laser à solide.
La longueur d'onde du laser à semi-conducteur est sélectionnée en fonction du chevauchement des caractéristiques d'absorption spectrale avec le milieu amplificateur du laser à solide, ce qui permet de réduire considérablement la charge thermique par rapport au spectre d'émission large bande de la lampe à arc. Compte tenu de la popularité des lasers dopés au néodyme émettant à une longueur d'onde de 1064 nm, le laser à semi-conducteur de 808 nm est devenu le produit le plus productif de la production de lasers à semi-conducteurs depuis plus de 20 ans.
L'amélioration de l'efficacité de pompage des diodes de deuxième génération a été rendue possible par la luminosité accrue des lasers semi-conducteurs multimodes et la capacité à stabiliser les largeurs de raies d'émission étroites grâce aux réseaux de Bragg en volume (VBGS) au milieu des années 2000. Les caractéristiques d'absorption spectrale faible et étroite, autour de 880 nm, ont suscité un vif intérêt pour les diodes de pompage à haute luminosité et à stabilité spectrale. Ces lasers plus performants permettent de pomper le néodyme directement au niveau laser supérieur de 4F3/2, réduisant ainsi les déficits quantiques et améliorant ainsi l'extraction du mode fondamental à une puissance moyenne plus élevée, qui serait autrement limitée par les lentilles thermiques.
Au début des années 2000, nous avons assisté à une augmentation significative de la puissance des lasers monomodes transverses de 1064 nm, ainsi que de leurs lasers à conversion de fréquence fonctionnant dans les longueurs d'onde visibles et ultraviolettes. Compte tenu de la longue durée de vie énergétique supérieure du Nd:YAG et du Nd:YVO4, ces lasers DPSSL à commutation Q offrent une énergie d'impulsion et une puissance de crête élevées, ce qui les rend idéaux pour le traitement ablatif des matériaux et les applications de micro-usinage de haute précision.
Date de publication : 6 novembre 2023