Co to jest dioda laserowa dużej mocy?

Dioda laserowa dużej mocy to laser, który wytwarza wiązki światła o dużej mocy za pomocą półprzewodnika jako ośrodka wzmocnienia lasera. Moc lasera, mierzona w jednostkach zwanych watami, to szybkość, z jaką laser przekształca energię. Wysoka moc nie jest precyzyjnie zdefiniowanym terminem, a jej znaczenie różni się w zależności od rodzaju lasera i zastosowania lasera, ale dioda laserowa dużej mocy jest zwykle laserem o mocy wyjściowej w watach lub kilowatach (kW), który ją odróżnia od diod laserowych o zakresie miliwatów używanych do takich zastosowań, jak wskaźniki laserowe i czytniki dysków optycznych. Diody laserowe dużej mocy są stosowane w zastosowaniach przemysłowych, takich jak ogrzewanie i spawanie, a także wykorzystywane do optycznego pompowania laserów półprzewodnikowych o dużej mocy.

Dioda laserowa wytwarza wiązkę światła poprzez pompowanie energii w postaci elektryczności do półprzewodnika, który służy jako ośrodek wzmocnienia laserowego. Półprzewodnik zwykle składa się z substancji, takich jak fosforek indu (InP) lub związki galu, takie jak azotek galu (GaN) i arsen aralu (GaAs). Elektryczność tymczasowo podnosi poziom energii elektronów półprzewodnika, a kiedy spadną one do pierwotnego poziomu, energia jest emitowana w postaci fotonów, które następnie skupiają się w wiązkę. Diody laserowe są często pogrupowane w układy obok siebie pojedynczych emiterów laserowych zwanych prętami diodowymi, które z kolei czasami są dalej łączone w dwuwymiarowy układ zwany stosem diod.

Moc to moc wyjściowa energii w czasie, przy czym wat jest zdefiniowany jako jeden dżul energii na sekundę. Moc lasera może odnosić się do maksymalnej liczby watów, jaką może wytworzyć podczas krótkiego impulsu, zwanej mocą szczytową, lub do średniej liczby watów, jaką może wytwarzać przez dłuższy czas, zwanej średnią mocą. Lasery stają w obliczu kompromisu między mocą wiązki a jakością wiązki, co odnosi się do stopnia skupienia wiązki. Wpływa to na to, jak precyzyjna może być wiązka i jak dobrze jest w stanie dostarczyć skoncentrowaną energię na większe odległości. Jakość wiązki można poprawić dzięki różnym cechom konstrukcyjnym lasera, ale mocniejsze lasery mają niższą jakość wiązki niż lasery o mniejszej mocy, przy czym wszystkie inne rzeczy są takie same.

Dioda laserowa dużej mocy zwykle ma stosunkowo słabą jakość wiązki i wytwarza wiązkę o dużej rozbieżności, co oznacza, że ​​fotony w wiązce szybko rozprzestrzeniają się podczas ruchu do przodu. W związku z tym są one najczęściej stosowane w aplikacjach, które można wykonać na krótkim dystansie i nie wymagają ekstremalnej precyzji. Diody laserowe dużej mocy są powszechnie stosowane w przemyśle do takich celów, jak lutowanie, spawanie i obróbka cieplna.

Dioda laserowa dużej mocy może być również używana jako pompa optyczna, źródło światła, które zasila inne lasery. W laserze półprzewodnikowym pompowanym diodą dioda laserowa dużej mocy emituje wiązkę światła do ośrodka wzmocnienia lasera półprzewodnikowego. Medium wzmacniające w stanie stałym jest zwykle materiał szklany lub krystaliczny, taki jak granat lub itrowo-aluminiowy granat domieszkowany jonami metali. Światło z lasera diodowego zasila półprzewodnikowe medium wzmacniające, które z kolei zaczyna wytwarzać światło, które można skupić w wiązkę o wyższej jakości wiązki niż sama dioda laserowa o dużej mocy.