고출력 반도체 레이저 개발 개요 1부

고출력 개요반도체 레이저개발 1부

효율성과 전력이 계속 향상됨에 따라 레이저 다이오드(레이저 다이오드 드라이버)는 기존 기술을 지속적으로 대체하여 사물의 제작 방식을 변화시키고 새로운 사물의 개발을 가능하게 할 것입니다. 고출력 반도체 레이저의 괄목할 만한 발전에 대한 이해 또한 제한적입니다. 반도체를 통해 전자를 레이저로 변환하는 기술은 1962년에 처음 시연되었으며, 이후 다양한 보완적 발전이 이어지면서 전자를 고생산성 레이저로 변환하는 데 있어 엄청난 발전을 이루었습니다. 이러한 발전은 광 저장 장치부터 광 네트워킹, 그리고 광범위한 산업 분야에 이르기까지 중요한 응용 분야를 지원해 왔습니다.

이러한 발전과 누적된 진전을 살펴보면 경제 여러 분야에 더욱 크고 광범위한 영향을 미칠 잠재력이 있음을 알 수 있습니다. 실제로 고출력 반도체 레이저의 지속적인 발전으로 그 응용 분야는 더욱 확대될 것이며, 경제 성장에 지대한 영향을 미칠 것입니다.

그림 1: 고출력 반도체 레이저의 휘도와 무어의 법칙 비교

다이오드 펌핑 고체 레이저 및파이버 레이저

고출력 반도체 레이저의 발전으로 인해 하류 레이저 기술이 개발되었는데, 여기서 반도체 레이저는 일반적으로 도핑된 결정(다이오드 펌핑 고체 레이저)이나 도핑된 파이버(파이버 레이저)를 여기(펌핑)하는 데 사용됩니다.

반도체 레이저는 효율적이고, 작고, 저렴한 레이저 에너지를 제공하지만, 두 가지 주요 한계가 있습니다. 에너지를 저장할 수 없고 밝기가 제한적이라는 것입니다. 기본적으로 많은 응용 분야에서는 두 가지 유용한 레이저가 필요합니다. 하나는 전기를 레이저로 변환하는 데 사용되고, 다른 하나는 그 레이저의 밝기를 향상시키는 데 사용됩니다.

다이오드 펌핑 고체 레이저.
1980년대 후반, 반도체 레이저를 이용한 고체 레이저 펌핑 기술이 상업적으로 큰 관심을 받기 시작했습니다. 다이오드 펌핑 고체 레이저(DPSSL)는 열 관리 시스템(주로 사이클 쿨러)과 이득 모듈의 크기와 복잡성을 획기적으로 줄였습니다. 이 시스템들은 전통적으로 고체 레이저 결정을 펌핑하기 위해 아크 램프를 사용해 왔습니다.

반도체 레이저의 파장은 고체 레이저의 이득 매질과 스펙트럼 흡수 특성이 겹치는 부분을 고려하여 선택되는데, 이는 아크 램프의 광대역 방출 스펙트럼에 비해 열 부하를 크게 줄일 수 있습니다. 1064nm 파장을 방출하는 네오디뮴 도핑 레이저의 인기를 고려할 때, 808nm 반도체 레이저는 20년 이상 반도체 레이저 생산에서 가장 생산성이 높은 제품으로 자리매김했습니다.

2세대 다이오드 펌핑 효율 개선은 다중 모드 반도체 레이저의 휘도 향상과 2000년대 중반 벌크 브래그 격자(VBGS)를 이용한 좁은 방출 선폭 안정화 기술 덕분에 가능해졌습니다. 약 880nm의 약하고 좁은 스펙트럼 흡수 특성은 스펙트럼 안정성이 뛰어난 고휘도 펌프 다이오드에 대한 큰 관심을 불러일으켰습니다. 이러한 고성능 레이저는 4F3/2의 상위 레이저 레벨에서 네오디뮴을 직접 펌핑할 수 있게 하여 양자 결손을 줄이고, 열 렌즈에 의해 제한될 수 있는 더 높은 평균 전력에서 기본 모드 추출을 향상시킵니다.

20세기 20년대 초, 우리는 단일 횡모드 1064nm 레이저와 가시광선 및 자외선 파장에서 작동하는 주파수 변환 레이저의 출력이 크게 증가하는 것을 목격했습니다. Nd:YAG와 Nd:YVO4의 긴 상위 에너지 수명을 고려할 때, 이러한 DPSSL Q-스위치 방식은 높은 펄스 에너지와 피크 전력을 제공하여 삭마성 소재 가공 및 고정밀 미세 가공 분야에 이상적입니다.