ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Существует четыре типа излучателей, используемых в системах накач­ки на основе диодных лазеров. Перечислим их в порядке увеличения вы­ходной мощности: (1) однополосковый диодный лазер (англ. single stripe diode laser); (2) линейка однополосковых диодных лазеров (англ. diode ar­ray); (3) блок линеек диодных лазеров (англ. diode bar); (4) сборка блоков линеек (англ. stacked bars).

Наименьшую выходную мощность (Р < 100 мВт) имеют однополосковые диодные лазеры, такие как лазер с волноводом, сформированным распреде­лением показателя преломления (англ. index-guided laser), показанный на рис. 6.9а. С помощью подходящего изолирующего оксидного слоя ток на­качки диода ограничен в полоске шириной 3-5 мкм, тянущейся вдоль всей длины диода. Поперечное сечение выходящего пучка излучения имеет фор­му эллипса с осью d± « 1 мкм в плоскости, перпендикулярной плоскости р-п перехода, и осью d\« 3-6 мкм в плоскости р-п перехода. Обладая столь малы­ми размерами, пучок является пространственно когерентным, т. е. дифрак­ционно-ограниченным. Действительно, характерная величина половины угла расходимости по уровню интенсивности 1/е2 составляет 0± = 20° = 0,35 рад в плоскости, перпендикулярной плоскости р-п перехода. Это означает, что 0± = 2X/nd±, если принять, для длины волны X = 800 нм, что d± = 1,4 мкм. В пло­скости перехода половина угла расходимости обычно равна 0ц = 5° = 0,09 рад, и снова получаем, что 0ц = 2X/ndp если положить d\ = 5,8 мкм. (В обеих плос­костях предполагается гауссово распределение интенсивности с размерами пятен w01 = d±/2 и |0оц = dj/2, так что расходимость пучка рассчитывается в соответствии с соотношением (4.7.19).) Отметим, что ввиду такой большой разницы между расходимостями пучка в обеих плоскостях главная ось его поперечного сечения поворачивается на 90° после распространения пучка всего на несколько микрон от выходной грани диода.

Отдельный

Излучатель

Металлический контактный слой

Металлический контактный слой

Изолирующий

3 мкм

 

Металлический контактный слой

/ р-ОаАэ / (покрытие)

Р-ОаА1Аз

ОаАЬАз (активный слой)

Л-ОаА1Ав

П-ОаАз (подложка)

 

ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Проте

ИМПЛ£

 

W-GaAlAs N

 

P-GaAlAs

Активная

Область

 

Л-GaAs

 

ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Пучок Сколотая грань

 

Металлический контактный слой

 

ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Рис. 6.9

(а) Однополосковый полупроводниковый лазер с волноводом, сформированным распределением показателя преломления и (б) монолитная линейка однополосковых диодных лазеров в одной полупроводниковой микросхеме

ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Покрытие р-типа - Активный слой

П - Па А с

подпись: покрытие р-типа- активный слой
п -па а с

Зеркальная

Грань

подпись: зеркальная
грань

Отдельный полосковый излучатель

подпись: отдельный полосковый излучатель ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВРис. 6.10

(а) Монолитный блок линеек диодных лазеров длиной 1 см для излучения в непрерывном режиме и (б) сборка блоков линеек для излучения в квазинепрерывном режиме

Для ТОГО чтобы получить более высокие выходные МОЩНОСТИ, использу­ют монолитную линейку однополосковых диодных лазеров, изготовленных на одной полупроводниковой подложке (рис 6.96). Обычно такая линейка содержит 20 полосок, шириной 5 мкм каждая, с расстоянием между цен­трами полосок ~10 мкм. Общие размеры излучаемого пучка составляют й\ = 200 мкм х с1± = 1 мкм, так что для линеек с некоррелированными фаза­ми расходимости пучка равны 0± = 20° и 0ц = 5°, т. е. такие же, как и для одной полоски. Расходимость пучка 0ц в плоскости, параллельной р-п пере­ходу, в этом случае примерно в 40 раз превышает дифракционный предел (0||7гс£ц/2А, = 34). На самом деле, в маломощных линейках между излучением отдельных полосок может возникать некоторая фазовая корреляция, что приводит к характерному угловому распределению излучения с двумя лепе­стками, отстоящими друг от друга на ~10° и имеющими ширину ~1° каждый. Мощность излучения на выходе таких линеек может достигать -2 Вт.

Для того чтобы получить еще большие выходные мощности, можно опи­санные выше лазерные линейки изготовить и последовательно разместить на одной подложке, сформировав таким образом монолитный блок линеек диодных лазеров (рис. 6.10а). Устройство, показанное на этом рисунке, со­стоит из 20 линеек, центры которых разнесены на 500 мкм; при этом каждая линейка имеет длину 100 мкм и состоит из 10 однополосковых лазеров. Сум­марная длина такого блока линеек составляет, таким образом, ~1 см, что является пределом, обусловленным технологией производства. Пучки от­дельных полосковых излучателей можно, как и ранее, считать нескоррели - рованными по фазе, а суммарные мощности излучения на выходе блока ли­неек обычно достигают 10-20 Вт.

Идея объединять линейки диодных лазеров в блоки может быть развита дальше и использована для изготовления сборки блоков линеек, в которой от­дельные излучатели образуют двумерную матричную структуру. На рис. 6.106 показаны 6 блоков линеек, длиной 1 см каждый, которые уложены слоями так, чтобы сформировать излучающую площадку с размерами 0,2 см х 1 см. Такие сборки блоков линеек предназначены для квазинепрерывной работы с
коэффициентом заполнения до 2%. При этом пиковая плотность мощности излучения может достигать 1 кВт/см2, а средняя плотность мощности — 100 Вт/см2.

При накачке лазерных материалов, таких как Nd:YAG, которые имеют узкие линии поглощения, необходимо учитывать ширину спектра излуче­ния диодных лазеров. Ширина спектра излучения одиночной полоски мо­жет составлять всего 1 нм, что хорошо согласуется, например, с шириной (-2 нм) пика поглощения Nd: YAG вблизи 808 нм. В случае линеек диодов, а тем более блоков линеек и матричных сборок этих блоков, ширина спектра излучения может быть существенно больше указанной величины из-за ком­позиционных различий между полосками, а также из-за температурных гра­диентов. Обе эти причины приводят к различию в длинах волн излучения отдельных полосковых лазеров. В настоящее время наилучшим результа­том для блока линеек является спектральная ширина ~2 нм. Перестройка и стабилизация длины волны излучения обычно осуществляется путем охла­ждения диодных лазеров: термоэлектрическим элементом Пельтье — в слу­чае маломощных устройств, и с помощью жидкостного охлаждения — в слу­чае наиболее высоких мощностей. Как правило, требуются температурная стабильность и точность установки температуры не хуже 1°С.

ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

Лазерная резка и гравировка в Киеве

Гравировка по металлу проводится на профессиональном оборудовании. Гравировка с высокой детализацией применяется для оформления подарков, памятных вещей.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И ВРЕМЕННАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

В данном разделе приводится краткое описание когерентных свойств света, который излучается обычной лампой (лампой накаливания или га­зонаполненной лампой). Поскольку свет в этом случае обусловлен спон­танным излучением многих атомов, по существу …

УРАВНЕНИЕ ИОНИЗАЦИОННОГО БАЛАНСА

В результате соударений частиц с электронами в объеме электрического разряда происходит постоянное образование электронов и ионов. Ударная ио­низация осуществляется присутствующими в разряде горячими электронами, т. е. теми, энергия которых больше …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua