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高出力半導体レーザー

2021-12-13

半導体レーザー小型、軽量、高い電気光学変換効率、高い信頼性、長寿命という利点があります。それは、産業処理、生物医学および国防の分野で重要な用途を持っています。 1962年、アメリカの科学者たちは、第1世代のGaAs均質構造注入半導体レーザーの開発に成功しました。 1963年、旧ソビエト科学アカデミーのYofei Institute of PhysicsのAlferovらは、ダブルヘテロ接合半導体レーザーの開発に成功したことを発表しました。 1980年代以降、エネルギーバンド工学理論の導入により、同時に新しい結晶エピタキシャル材料成長プロセスの出現[分子線エピタキシー（MBE）や有機金属化学蒸着（MOCVD）など]、量子井戸レーザーは歴史の舞台にあり、デバイスの性能を大幅に向上させ、高出力を実現しています。
高出力半導体レーザーは、主にシングルチューブとバーストリップの2つの構造に分けられます。シングルチューブ構造は、主に幅の広いストリップと大きな光共振器の設計を採用し、ゲイン領域を増やして高出力を実現し、共振器表面の壊滅的な損傷を軽減します。バーストリップ構造複数のシングルチューブレーザーの平行線形アレイであり、複数のレーザーが同時に動作し、ビームと他の手段を組み合わせて高出力レーザー出力を実現します。オリジナルの高出力半導体レーザーは、主に808nmの波長帯の固体レーザーとファイバーレーザーの励起に使用されます。そして980nm。近赤外線バンドの成熟とともに高出力半導体レーザーユニット技術とコストの削減、それらに基づく全固体レーザーとファイバーレーザーの性能は継続的に改善されてきました。シングルチューブ連続波（CW）の出力電力10年の8.1Wは29.5Wのレベルに達し、バーCWの出力電力は1010Wのレベルに達し、パルス出力電力は2800Wのレベルに達しました。加工分野におけるレーザー技術の応用プロセス。ポンプ源としての半導体レーザーのコストは、ファイバーレーザーの1 / 2〜2 / 3を占めるコストの1 / 3〜1 / 2のソリッドステートレーザーの合計を占めています。したがって、ファイバーレーザーと全固体レーザーの急速な発展は、高出力半導体レーザーの開発に貢献してきました。
半導体レーザーの性能を継続的に改善し、コストを継続的に削減することで、その適用範囲はますます広がっています。高出力半導体レーザーを実現する方法は、常に研究の最前線であり、ホットスポットでした。高出力半導体レーザーチップを実現するには、材料、構造、キャビティ表面保護の3つの側面から始める必要があります。
1）材料技術。それは2つの側面から始めることができます：ゲインの増加と酸化の防止です。対応する技術には、ひずみ量子井戸技術とアルミニウムを含まない量子井戸技術が含まれます。 2）構造技術。高出力でチップが焼損するのを防ぐために、通常、非対称が使用されます。導波路技術とワイド導波路大光共振器技術。 3）キャビティ表面保護技術。壊滅的な光学ミラー損傷（COMD）を防ぐために、主な技術には、非吸収性の空洞表面技術、空洞表面パッシベーション技術、およびコーティング技術が含まれます。さまざまな業界で、ポンプ光源として使用されるか直接適用されるかを問わず、レーザーダイオードの開発により、半導体レーザー光源に対するさらなる要求が提起されています。より高い電力要件の場合、高いビーム品質を維持するために、レーザービームの組み合わせを実行する必要があります。半導体レーザービーム結合ビーム技術には、主に、従来のビーム結合（TBC）、高密度波長結合（DWDM）技術、スペクトル結合（SBC）技術、コヒーレントビーム結合（CBC）技術などが含まれます。

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