Vad är en högeffektiv laserdiod?
En högeffekt laserdiod är en laser som producerar högeffekta ljusstrålar med hjälp av en halvledare som lasers förstärkningsmedium. En laserkraft, mätt i enheter som kallas watt, är den hastighet med vilken lasern konverterar energi. Högeffekt är inte en exakt definierad term, och dess betydelse varierar beroende på lasertyp och laserapplikation, men en högeffekt laserdiod är vanligtvis en laser med en utgång i watt eller kilowatt (kW), vilket skiljer den från milliwatt-laserdioderna som används för applikationer som laserpekare och optiska skivläsare. Högeffekta laserdioder används för industriella applikationer som värme och svetsning och används också för att optiskt pumpa högdrivna solid-state-lasrar.
En laserdiod producerar en ljusstråle genom att pumpa energi i form av elektricitet till en halvledare, som fungerar som laserförstärkningsmedium. Halvledaren består vanligtvis av ämnen som indiumfosfid (InP) eller galliumföreningar som galliumnitrid (GaN) och galliumarsenid (GaAs). Elektriciteten höjer tillfälligt energinivån för halvledarens elektroner, och när de sjunker tillbaka till sin ursprungliga nivå avges energin i form av fotoner, som sedan fokuseras in i en balk. Laserdioder grupperas ofta i matriser av enskilda lasersändare sida vid sida som kallas diodstänger, som i sin tur ibland ytterligare kombineras till en tvådimensionell grupp som kallas en diodstack.
Kraft är energiuttag över tiden, med watt definierat som en joule energi per sekund. En laserkraft kan avse antingen det maximala antalet watt den kan producera under en kort puls, kallad toppeffekt, eller det genomsnittliga antalet watt den kan producera under en längre period, kallad medeleffekt. Lasrar står inför en avvägning mellan strålkraft och strålkvalitet, vilket hänvisar till hur fokuserad strålen är. Detta påverkar hur exakt strålen kan vara och hur väl den kan leverera fokuserad energi på större avstånd. Strålkvaliteten kan förbättras genom olika designfunktioner på lasern, men kraftigare lasrar har lägre strålkvalitet än mindre kraftfulla lasrar, allt annat lika.
En laserdiod med hög effekt har vanligtvis relativt låg strålkvalitet och producerar en stråle med hög divergens, vilket innebär att fotonerna i strålen sprider sig snabbt när de reser framåt. Följaktligen används de oftast för applikationer som kan göras inom kort räckvidd och inte kräver extrem precision. Högeffekta laserdioder används ofta i industrin för syften som lödning, svetsning och värmebehandling.
En högeffekt laserdiod kan också användas som en optisk pump, en ljuskälla som driver andra lasrar. I en diodpumpad solid-state-laser avfyrar en högeffekt laserdiod en ljusstråle i förstärkningsmediet för solid-state-lasern. Förstärkningsmediet i fast tillstånd är vanligtvis ett glas eller kristallint material, såsom korund eller granat aluminiumgranat dopat med metalljoner. Ljuset från diodelasern aktiverar förstärkningsmediet i fast tillstånd, vilket i sin tur börjar producera ljus som kan fokuseras till en stråle med högre strålkvalitet än en högeffekt laserdiod kan producera på egen hand.