Was ist eine Hochleistungslaserdiode?
Eine Hochleistungslaserdiode ist ein Laser, der unter Verwendung eines Halbleiters als Verstärkungsmedium des Lasers Hochleistungslichtstrahlen erzeugt. Die Leistung eines Lasers, gemessen in Watt, ist die Geschwindigkeit, mit der der Laser Energie umwandelt. Hochleistung ist kein genau definierter Begriff, und seine Bedeutung variiert je nach Lasertyp und Laseranwendung. Eine Hochleistungs-Laserdiode ist jedoch normalerweise ein Laser mit einer Leistung in Watt oder Kilowatt (kW), wodurch sie unterschieden wird aus dem Milliwatt-Bereich Laserdioden für Anwendungen wie Laserpointer und Optical Disc Reader. Hochleistungs-Laserdioden werden für industrielle Anwendungen wie Heizen und Schweißen sowie zum optischen Pumpen von Hochleistungs-Festkörperlasern eingesetzt.
Eine Laserdiode erzeugt einen Lichtstrahl, indem sie Energie in Form von Elektrizität in einen Halbleiter pumpt, der als Laserverstärkungsmedium dient. Der Halbleiter besteht üblicherweise aus Substanzen wie Indiumphosphid (InP) oder Galliumverbindungen wie Galliumnitrid (GaN) und Galliumarsenid (GaAs). Die Elektrizität erhöht vorübergehend das Energieniveau der Halbleiterelektronen, und wenn sie auf ihr ursprüngliches Niveau zurückfallen, wird die Energie in Form von Photonen emittiert, die dann in einen Strahl fokussiert werden. Laserdioden werden häufig in Anordnungen von nebeneinander angeordneten einzelnen Laserstrahlern, Diodenstangen genannt, gruppiert, die wiederum manchmal weiter zu einer zweidimensionalen Anordnung kombiniert werden, die als Diodenstapel bezeichnet wird.
Leistung ist die Energieabgabe im Zeitverlauf, wobei das Watt als ein Joule Energie pro Sekunde definiert ist. Die Leistung eines Lasers kann sich entweder auf die maximale Anzahl von Watt beziehen, die er während eines kurzen Impulses erzeugen kann, die als Spitzenleistung bezeichnet wird, oder auf die durchschnittliche Anzahl von Watt, die er über einen längeren Zeitraum ausgeben kann, die als Durchschnittsleistung bezeichnet wird. Laser stehen vor einem Kompromiss zwischen Strahlleistung und Strahlqualität, der sich darauf bezieht, wie fokussiert der Strahl ist. Dies beeinflusst, wie präzise der Strahl sein kann und wie gut er in der Lage ist, fokussierte Energie über größere Entfernungen zu liefern. Die Strahlqualität kann durch verschiedene Konstruktionsmerkmale des Lasers verbessert werden. Leistungsstärkere Laser haben jedoch eine geringere Strahlqualität als weniger leistungsstarke Laser, wobei alle anderen Faktoren gleich sind.
Eine Hochleistungslaserdiode hat normalerweise eine relativ schlechte Strahlqualität und erzeugt einen Strahl mit hoher Divergenz, was bedeutet, dass sich die Photonen im Strahl schnell ausbreiten, wenn sie sich vorwärts bewegen. Folglich werden sie am häufigsten für Anwendungen verwendet, die auf kurze Distanz ausgeführt werden können und keine extreme Präzision erfordern. Hochleistungslaserdioden werden üblicherweise in der Industrie für Zwecke wie Löten, Schweißen und Wärmebehandlung verwendet.
Eine Hochleistungslaserdiode kann auch als optische Pumpe verwendet werden, eine Lichtquelle, die andere Laser antreibt. In einem diodengepumpten Festkörperlaser feuert eine Hochleistungslaserdiode einen Lichtstrahl in das Verstärkungsmedium des Festkörperlasers. Das Festkörperverstärkungsmedium ist gewöhnlich ein Glas oder ein kristallines Material wie Korund oder Yttriumaluminiumgranat, das mit Metallionen dotiert ist. Das Licht des Diodenlasers erregt das Festkörperverstärkungsmedium, das wiederum Licht erzeugt, das in einen Strahl mit höherer Strahlqualität fokussiert werden kann, als eine Hochleistungslaserdiode allein erzeugen könnte.