高出力レーザーダイオードとは？

高出力レーザーダイオードは、半導体をレーザーのゲイン媒体として使用して、高出力の光ビームを生成するレーザーです。 ワットと呼ばれる単位で測定されるレーザーの出力は、レーザーがエネルギーを変換する速度です。 高出力とは厳密に定義された用語ではなく、その意味はレーザーの種類とレーザーの用途によって異なりますが、高出力レーザーダイオードは通常、出力がワットまたはキロワット（kW）のレーザーであり、それを区別しますレーザーポインターや光ディスクリーダーなどのアプリケーションに使用されるミリワット範囲のレーザーダイオードから。 高出力レーザーダイオードは、加熱や溶接などの産業用途に使用され、高出力固体レーザーを光学的にポンピングするためにも使用されます。

レーザーダイオードは、エネルギーを電気の形で半導体に送り込むことで光のビームを生成します。半導体はレーザー利得媒体として機能します。 半導体は通常、リン化インジウム（InP）などの物質、または窒化ガリウム（GaN）やヒ化ガリウム（GaAs）などのガリウム化合物で構成されています。 電気は半導体の電子のエネルギーレベルを一時的に上昇させ、元のレベルに戻ると、エネルギーは光子の形で放出され、ビームに集束されます。 レーザーダイオードは、多くの場合、ダイオードバーと呼ばれる隣り合わせの個々のレーザーエミッターのアレイにグループ化され、ダイオードスタックと呼ばれる2次元アレイにさらに組み合わされることがあります。

電力は、時間に対するエネルギー出力であり、ワットは1秒あたり1ジュールのエネルギーとして定義されます。 レーザーの出力は、ピーク出力と呼ばれる短いパルス中に生成できる最大ワット数、または平均出力と呼ばれる長期間にわたって出力できる平均ワット数のいずれかを指します。 レーザーは、ビーム出力とビーム品質のトレードオフに直面します。これは、ビームがどの程度焦点が合っているかを示します。 これは、ビームがどれほど正確であるか、そしてより遠くで集束エネルギーをどれだけうまく提供できるかに影響します。 ビームの品質は、レーザーのさまざまな設計機能によって改善できますが、より強力なレーザーは、他のすべての条件が同じであるため、より強力でないレーザーよりもビーム品質が低くなります。

高出力レーザーダイオードは通常、ビーム品質が比較的低く、発散性の高いビームを生成します。つまり、ビーム内の光子は、進むにつれて急速に広がります。 そのため、短距離で実行でき、極端な精度を必要としないアプリケーションに最もよく使用されます。 高出力レーザーダイオードは、はんだ付け、溶接、熱処理などの目的で業界で一般的に使用されています。

高出力レーザーダイオードは、他のレーザーに電力を供給する光源である光学ポンプとしても使用できます。 ダイオード励起固体レーザーでは、高出力レーザーダイオードが固体レーザーのゲイン媒体に光線を照射します。 固体利得媒体は、通常、金属イオンでドープされたコランダムまたはイットリウムアルミニウムガーネットなどのガラスまたは結晶材料です。 ダイオードレーザーからの光はソリッドステートゲイン媒体にエネルギーを与え、高出力レーザーダイオードが単独で生成するよりも高いビーム品質のビームに集束できる光を生成し始めます。