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 laserLes semi-conducteurs continueront de remplacer les technologies traditionnelles, transformant ainsi les méthodes de production et favorisant le développement de nouvelles technologies. La compréhension des progrès significatifs réalisés dans le domaine des lasers à semi-conducteurs de haute puissance reste toutefois 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, permettant des progrès considérables dans la conversion d'électrons en lasers à haute productivité. Ces avancées ont soutenu d'importantes applications, du stockage optique aux réseaux optiques, en passant par un large éventail de secteurs industriels.
L'examen de ces avancées et de leurs progrès cumulatifs met en évidence le potentiel d'un impact encore plus important et plus généralisé dans de nombreux secteurs de l'économie. En effet, grâce à l'amélioration continue des lasers semi-conducteurs de haute puissance, leur champ d'application s'accélérera et aura un impact profond sur la croissance économique.
Figure 1 : Comparaison de la luminance et de la loi de Moore des lasers semi-conducteurs de haute puissance
Lasers à semi-conducteurs pompés par diodes etlasers à fibre
Les progrès réalisés dans le domaine des lasers à semi-conducteurs de haute puissance ont également conduit au développement de la 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 diodes) 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 pratique, de nombreuses applications nécessitent deux lasers : l’un sert à convertir l’électricité en émission laser, et l’autre à amplifier cette émission.
Lasers à semi-conducteurs pompés par diodes.
À la fin des années 1980, l'utilisation de lasers à semi-conducteurs pour le pompage de lasers à l'état solide a commencé à susciter un intérêt commercial important. Les lasers à l'état solide pompés par diodes (DPSSL) réduisent considérablement la taille et la complexité des systèmes de gestion thermique (principalement les refroidisseurs à cycle) et des modules de gain, qui utilisaient traditionnellement des lampes à arc pour pomper les cristaux laser à l'état solide.
La longueur d'onde du laser à semi-conducteur est sélectionnée en fonction du recouvrement des caractéristiques d'absorption spectrale avec le milieu amplificateur du laser à l'état solide, ce qui permet de réduire considérablement la charge thermique par rapport au spectre d'émission à large bande d'une lampe à arc. Compte tenu de la popularité des lasers dopés au néodyme émettant à 1064 nm, le laser à semi-conducteur de 808 nm est devenu le produit le plus fabriqué depuis plus de 20 ans.
L'amélioration du rendement de pompage des diodes de deuxième génération a été rendue possible par la brillance accrue des lasers semi-conducteurs multimodes et la possibilité de stabiliser des largeurs de raie d'émission étroites grâce aux réseaux de Bragg volumiques (VBGS) au milieu des années 2000. Les caractéristiques d'absorption spectrale faibles et étroites autour de 880 nm ont suscité un vif intérêt pour les diodes de pompage à haute brillance et à stabilité spectrale. Ces lasers plus performants permettent de pomper directement le néodyme au niveau laser supérieur 4F3/2, réduisant ainsi les déficits quantiques et améliorant 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 constaté une augmentation significative de la puissance des lasers monomodes transverses à 1064 nm, ainsi que de leurs lasers à conversion de fréquence fonctionnant dans les longueurs d'onde visibles et ultraviolettes. Grâce à la longue durée de vie en haute énergie des lasers Nd:YAG et 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