Le differenze tra laser a semiconduttore e laser a fibra

La differenza principale traLaser a semiconduttoreELaser a fibraè il materiale dielettrico utilizzato per emettere la luce laser. Il mezzo di guadagno utilizzato nei laser a semiconduttore è il materiale semiconduttore, solitamente arseniuro di gallio, ecc. Il mezzo di guadagno utilizzato nei laser a fibra è la fibra ottica. I due laser funzionano anche in modo diverso. I laser a semiconduttore possono ottenere direttamente la conversione elettro-ottica, ovvero stimolare direttamente i materiali semiconduttori per emettere luce laser attraverso la corrente. Tuttavia, i laser a fibra non possono ottenere direttamente la conversione elettro-ottica. Richiedono l'uso della luce (solitamente proveniente da un diodo laser) per pompare il mezzo di guadagno per ottenere la conversione da ottico a ottico. In termini di dissipazione del calore, i laser a fibra mostrano vantaggi significativi. In generale, i laser a fibra richiedono solo il raffreddamento ad aria, il che riduce notevolmente i costi operativi e di manutenzione. Ma che si tratti di fibra ottica o laser a stato solido, la loro tecnologia principale deriva dallo sviluppo del laser a semiconduttore. Pertanto, comprendere il principio di funzionamento e le prestazioni dei laser a semiconduttore è di grande importanza per comprendere lo sviluppo dell'intera tecnologia laser.

Quella che segue è un'introduzione alle differenze tra laser a semiconduttore e laser a fibra.

1. Materiali dielettrici diversi. La differenza tra i laser a fibra e i laser a semiconduttore è che utilizzano materiali dielettrici diversi per l'emissione dei laser. Il mezzo di guadagno utilizzato dai laser a fibra è la fibra ottica e il mezzo di guadagno utilizzato dai laser a semiconduttore sono i materiali semiconduttori, generalmente arseniuro di gallio, arseniuro di indio e gallio, ecc.

2. Differenti meccanismi di luminescenza. Il meccanismo della luminescenza dei laser a semiconduttore: è la transizione delle particelle tra la banda di conduzione e la banda di valenza per produrre fotoni. Poiché si tratta di un semiconduttore, è possibile utilizzare l'eccitazione elettrica, che è una conversione elettro-ottica diretta. La fibra ottica non può realizzare direttamente la conversione elettro-ottica e necessita di utilizzare la luce per pompare il mezzo di guadagno (generalmente pompato con un diodo laser). Ciò che realizza è la conversione da luce a ottica.

3. Le prestazioni di dissipazione del calore sono diverse. I laser a fibra hanno una buona dissipazione del calore e solitamente sono raffreddati ad aria. I laser a semiconduttore sono fortemente influenzati dalla temperatura. Quando la potenza è elevata, è necessario il raffreddamento ad acqua.

4. Caratteristiche principali Le caratteristiche principali dei diversi laser a fibra sono le dimensioni ridotte e la flessibilità del dispositivo. Lo spettro di uscita del laser ha molte linee, buona monocromaticità e ampio intervallo di sintonia. E le sue prestazioni non hanno nulla a che fare con la direzione di polarizzazione della luce e la perdita di accoppiamento tra il dispositivo e la fibra ottica è piccola. L'efficienza di conversione è elevata e la soglia laser è bassa. La geometria della fibra ha un volume e un'area superficiale molto bassi, inoltre il laser e la pompa possono essere completamente accoppiati in uno stato monomodale. I laser a semiconduttore sono facili da integrare con altri dispositivi a semiconduttore. Le sue caratteristiche sono che può essere modulato elettricamente direttamente; è facile realizzare l'integrazione optoelettronica con vari dispositivi optoelettronici; è di piccole dimensioni e leggero; ha bassa potenza e corrente motrice; ha alta efficienza e lunga vita lavorativa; è compatibile con la tecnologia di produzione dei semiconduttori; e può essere prodotto in grandi quantità.

5. Le applicazioni di diversi laser a fibra sono utilizzate principalmente nelle comunicazioni laser in fibra, nelle comunicazioni spaziali laser a lunga distanza, nella costruzione navale industriale, nella produzione automobilistica, nell'incisione laser, nella marcatura laser, nel taglio laser, nei rulli di stampa, nella perforazione, nel taglio e nella saldatura di metalli e non metalli. (brasatura, tempra, rivestimento e saldatura profonda), difesa e sicurezza militare, attrezzature e attrezzature mediche, infrastrutture su larga scala, come sorgente di pompa per altri laser, ecc. I laser a semiconduttore sono ampiamente utilizzati nella portata laser, nel lidar, nelle comunicazioni laser , armi di simulazione laser, allarme laser, guida e tracciamento laser, accensione e detonazione, controllo automatico, strumenti di rilevamento, ecc.

Quanto sopra è la differenza tra laser a semiconduttore e laser a fibra. Come i tradizionali laser a stato solido e a gas, anche i laser a fibra sono composti da tre elementi base: sorgente di pompa, mezzo di guadagno e cavità risonante. La sorgente della pompa utilizza generalmente un laser a semiconduttore ad alta potenza e il mezzo di guadagno è una fibra ottica drogata con terre rare o una normale fibra ottica non lineare. La cavità risonante può essere composta da componenti di feedback ottico come reticoli di fibre per formare varie cavità risonanti lineari, oppure possono essere utilizzati accoppiatori per formare vari risonatori a forma di anello. cavità risonante. La luce della pompa è accoppiata alla fibra di guadagno attraverso un apposito sistema ottico. Dopo aver assorbito la luce della pompa, la fibra di guadagno forma l'inversione del numero di particelle o guadagno non lineare e genera un'emissione spontanea. La luce di emissione spontanea generata viene sottoposta ad amplificazione di eccitazione e selezione della modalità della cavità risonante e infine forma un'uscita laser stabile.

La più grande applicazione dei laser a semiconduttore è come sorgente di pompa per laser a fibra e laser a stato solido. Quando un laser a semiconduttore viene utilizzato come sorgente di pompa laser a fibra, la struttura del sistema di pompa può essere sostanzialmente semplificata e il livello di potenza della pompa può essere aumentato aumentando la potenza dell'unità. Poiché i laser a fibra e i laser a stato solido hanno requisiti sempre più elevati in termini di potenza di uscita, requisiti più elevati vengono imposti anche alla potenza delle sorgenti di pompaggio a semiconduttore.

A causa della limitazione della qualità del raggio, i tradizionali laser a semiconduttore sono difficili da utilizzare direttamente per il taglio dei metalli. Negli ultimi anni, con il miglioramento della tecnologia di accoppiamento dei semiconduttori e la graduale maturità della nuova tecnologia di combinazione del raggio, alcuni laser a semiconduttore con uscita in fibra con un kilowatt o livello superiore possono anche soddisfare i requisiti di qualità del raggio per il taglio. Inoltre, a causa della diversità delle lunghezze d'onda dei laser a semiconduttore, la lunghezza d'onda dei laser a semiconduttore a lunghezza d'onda corta è molto vicina al massimo di assorbimento della lunghezza d'onda dell'alluminio. Pertanto, nell'industria automobilistica, i laser a semiconduttore ad alta potenza sono molto adatti per la saldatura di carrozzerie di automobili in alluminio. Attualmente, i laser a semiconduttore con potenze di uscita laser comprese tra 2KW e 6KW sono ampiamente utilizzati nel processo di produzione dell'industria automobilistica.

Nel campo della lavorazione diretta dei materiali, la qualità del raggio dei laser a semiconduttore difficilmente supera quella dei laser a fibra. Tuttavia, i laser a semiconduttore sono molto adatti per applicazioni di saldatura e taglio di lamiere sottili. Lo sviluppo dei laser a semiconduttore ad alta potenza ha reso possibili molte importanti applicazioni. Questi laser hanno sostituito molte tecnologie tradizionali e ci hanno portato molti nuovi prodotti.

In generale, a causa del continuo sviluppo della tecnologia, i campi di applicazione dei laser a semiconduttore cambiano costantemente e questi cambiamenti continuano ancora ad avvenire. In generale, i laser a semiconduttore si stanno sviluppando verso lunghezze d’onda di emissione più corte e potenze di emissione più elevate per adattarsi alle attuali esigenze del mercato.

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