Co je to vysoce výkonná laserová dioda?

Vysoce výkonná laserová dioda je laser, který produkuje vysoce výkonné paprsky světla pomocí polovodiče jako získaného média laseru. Výkon laseru, měřený v jednotkách zvaných watty, je rychlost, jakou laser přeměňuje energii. Vysoký výkon není přesně definovaný pojem a jeho význam se mění v závislosti na typu laseru a jeho použití, ale vysoce výkonná laserová dioda je obvykle laser s výkonem ve wattech nebo kilowattech (kW), který jej rozlišuje z laserových diod řady Milliwatt používaných pro aplikace, jako jsou laserové ukazovátka a čtečky optických disků. Vysoce výkonné laserové diody se používají pro průmyslové aplikace, jako je vytápění a svařování, a používají se také k optickému čerpání vysoce výkonných polovodičových laserů.

Laserová dioda produkuje paprsek světla pumpováním energie ve formě elektřiny do polovodiče, který slouží jako médium pro laserový zisk. Polovodič je obvykle složen z látek, jako je fosfid india (InP) nebo sloučeniny gallia, jako je nitrid gallia (GaN) a arsenid gallia (GaAs). Elektrická energie dočasně zvyšuje energetickou hladinu polovodičových elektronů, a když klesnou zpět na původní úroveň, je energie emitována ve formě fotonů, které jsou poté zaostřeny do paprsku. Laserové diody jsou často seskupeny do polí jednotlivých laserových zářičů vedle sebe nazývaných diodové tyče, které se zase někdy dále kombinují do dvourozměrného pole zvaného svazek diod.

Energie je výkon energie v čase, přičemž watt je definován jako jedna joule energie za sekundu. Výkon laseru se může vztahovat buď na maximální počet wattů, které může produkovat během krátkého impulzu, nazývaného špičkový výkon, nebo na průměrný počet wattů, které může vydávat po delší dobu, nazývanou průměrný výkon. Lasery čelí kompromisu mezi výkonem paprsku a kvalitou paprsku, což ukazuje, jak je paprsek zaostřen. To ovlivňuje, jak přesný může být paprsek a jak dobře je schopen dodávat soustředěnou energii na větší vzdálenosti. Kvalitu paprsku lze zlepšit pomocí různých konstrukčních vlastností laseru, ale výkonnější lasery mají nižší kvalitu paprsku než méně výkonné lasery, přičemž všechny ostatní věci jsou stejné.

Vysokovýkonná laserová dioda má obvykle relativně špatnou kvalitu paprsku a vytváří paprsek s vysokou divergencí, což znamená, že fotony v paprsku se rychle šíří, když se pohybují vpřed. Proto se nejčastěji používají pro aplikace, které lze provádět na krátkou vzdálenost a nevyžadují extrémní přesnost. Vysoce výkonné laserové diody se v průmyslu běžně používají pro účely, jako je pájení, svařování a tepelné zpracování.

Vysokovýkonná laserová dioda může být také použita jako optická pumpa, světelný zdroj, který pohání ostatní lasery. U diodově čerpaného polovodičového laseru vyzařuje vysoce výkonná laserová dioda paprsek světla do média pro získávání polovodičového laseru. Médium pro získání pevné fáze je obvykle sklo nebo krystalický materiál, jako je korund nebo hliníkový granát yttria dopovaný kovovými ionty. Světlo z diodového laseru dodává energii pevné fázi v pevném stavu, což zase začíná produkovat světlo, které může být zaostřeno na paprsek s vyšší kvalitou paprsku, než by mohla vysoce výkonná laserová dioda sama produkovat.