Что такое мощный лазерный диод?

Мощный лазерный диод - это лазер, который генерирует мощные лучи света, используя полупроводник в качестве среды усиления лазера. Мощность лазера, измеряемая в единицах, называемых ваттами, - это скорость, с которой лазер преобразует энергию. Высокая мощность не является точно определенным термином, и его значение варьируется в зависимости от типа лазера и применения лазера, но мощный лазерный диод, как правило, представляет собой лазер с выходной мощностью в ваттах или киловаттах (кВт), выделяя его от лазерных диодов милливаттного диапазона, используемых для таких приложений, как лазерные указки и устройства для чтения оптических дисков. Мощные лазерные диоды используются для промышленного применения, например, для нагрева и сварки, а также для оптической накачки мощных твердотельных лазеров.

Лазерный диод генерирует пучок света путем накачки энергии в виде электричества в полупроводник, который служит в качестве среды для усиления лазера. Полупроводник обычно состоит из таких веществ, как фосфид индия (InP) или соединений галлия, таких как нитрид галлия (GaN) и арсенид галлия (GaAs). Электричество временно поднимает уровень энергии электронов полупроводника, и когда они возвращаются к своему первоначальному уровню, энергия излучается в виде фотонов, которые затем фокусируются в пучок. Лазерные диоды часто группируются в массивы отдельных лазерных излучателей рядом друг с другом, называемых диодными линейками, которые, в свою очередь, иногда дополнительно объединяются в двумерную матрицу, называемую диодным стеком.

Мощность - это выход энергии с течением времени, причем мощность определяется как один джоул энергии в секунду. Мощность лазера может относиться либо к максимальному количеству ватт, которое он может генерировать в течение короткого импульса, называемого пиковой мощностью, либо к среднему количеству ватт, которые он может выдавать в течение длительного периода времени, называемого средней мощностью. Лазеры сталкиваются с компромиссом между мощностью луча и качеством луча, что указывает на то, насколько сфокусирован луч. Это влияет на то, насколько точным может быть луч и насколько хорошо он способен доставлять сфокусированную энергию на большие расстояния. Качество луча можно улучшить с помощью различных конструктивных особенностей лазера, но более мощные лазеры имеют более низкое качество луча, чем менее мощные лазеры, при прочих равных условиях.

Мощный лазерный диод обычно имеет относительно низкое качество луча и создает луч с высокой расходимостью, что означает, что фотоны в луче быстро распространяются по мере их продвижения вперед. Следовательно, они чаще всего используются для приложений, которые могут быть выполнены на небольшом расстоянии и не требуют предельной точности. Мощные лазерные диоды обычно используются в промышленности для пайки, сварки и термообработки.

Мощный лазерный диод также может быть использован в качестве оптической накачки, источника света, питающего другие лазеры. В твердотельном лазере с диодной накачкой мощный лазерный диод подает луч света в усиливающую среду твердотельного лазера. Твердотельная усиливающая среда обычно представляет собой стеклянный или кристаллический материал, такой как корунд или иттрий-алюминиевый гранат, легированный ионами металла. Свет от диодного лазера возбуждает твердотельное усиление, которое, в свою очередь, начинает генерировать свет, который может быть сфокусирован в луч с более высоким качеством луча, чем мощный лазерный диод, который мог бы генерировать сам по себе.