Hvad er en high-power laserdiode?
En højeffekt laserdiode er en laser, der producerer lysstråler med høj effekt ved hjælp af en halvleder som laserens forstærkningsmedium. En laserkraft, målt i enheder kaldet watt, er den hastighed, hvormed laseren konverterer energi. Højeffekt er ikke et nøjagtigt defineret udtryk, og dets betydning varierer afhængigt af typen af laser og laserens anvendelse, men en højeffekt laserdiode er normalt en laser med et output i watt eller kilowatt (kW), der adskiller det fra milliwatt-laserdioderne, der bruges til applikationer såsom laserpegere og optiske disklæsere. Højeffekt laserdioder bruges til industrielle applikationer som opvarmning og svejsning og bruges også til optisk at pumpe højdrevne solid-state lasere.
En laserdiode producerer en lysstråle ved at pumpe energi i form af elektricitet ind i en halvleder, der fungerer som laserforstærkningsmediet. Halvlederen er normalt sammensat af stoffer såsom indiumphosphid (InP) eller galliumforbindelser såsom galliumnitrid (GaN) og galliumarsenid (GaAs). Elektriciteten hæver midlertidigt energiniveauet for halvlederens elektroner, og når de falder tilbage til deres oprindelige niveau, udsendes energien i form af fotoner, der derefter fokuseres i en bjælke. Laserdioder grupperes ofte i matriser af individuelle laseremittere side om side, kaldet diodestænger, som igen til tider yderligere kombineres til en todimensionel matrix kaldet en diodestabel.
Strøm er energi output over tid, med watt defineret som en joule energi per sekund. En laserkraft kan henvise til enten det maksimale antal watt, den kan producere under en kort puls, kaldet spidseffekt, eller det gennemsnitlige antal watt, den kan producere over en længere periode, kaldet gennemsnitlig effekt. Lasere står over for en afvejning mellem bjælkeeffekt og bjælke kvalitet, der henviser til hvor fokuseret strålen er. Dette påvirker hvor præcis strålen kan være, og hvor godt den er i stand til at levere fokuseret energi i større afstande. Strålekvalitet kan forbedres gennem forskellige designfunktioner på laseren, men mere kraftfulde lasere har lavere strålekvalitet end mindre kraftige lasere, alt andet lige.
En laserdiode med høj effekt har normalt relativt dårlig strålekvalitet og producerer en stråle med høj divergens, hvilket betyder, at fotonerne i strålen spreder sig hurtigt, når de bevæger sig fremad. Derfor bruges de oftest til applikationer, der kan udføres på kort rækkevidde og ikke kræver ekstrem præcision. Laser med høj effekt bruges ofte i industrien til formål som lodning, svejsning og varmebehandling.
En højeffekt laserdiode kan også bruges som en optisk pumpe, en lyskilde, der driver andre lasere. I en diodepumpet solid-state-laser fyrer en højeffekt-laserdiode en lysstråle ind i forstærkningsmediet for solid-state-laseren. Faststofforstærkningsmediet er sædvanligvis et glas eller krystallinsk materiale, såsom korund eller granat aluminium granat doteret med metalioner. Lyset fra diodelaseren aktiverer forstærkningsmediet i fast tilstand, som igen begynder at producere lys, der kan fokuseres i en stråle med højere strålekvalitet, end en højeffekt laserdiode kunne producere på egen hånd.