Что такое диодный лазер?

Вопрос сейчас кажется немного старомодным. Действительно, разве мы не знали ответ уже давно? По крайней мере, эта технология не только вчера вышла на рынок: она прочно обосновалась в промышленности. Как сказал однажды композитор Роберт Шуман? «Нет конца обучению». В «веке света», в котором диодные лазеры также играют ключевую роль, безусловно, уместно провести более глубокое исследование основ и возможных областей применения этой технологии. Начиная с сегодняшнего дня, мы хотим сделать это в рамках мини-сериала.

Основы

Итак, что такое диодный лазер? Может быть, нам следует начать с того, чтобы сделать шаг назад и спросить: что такое лазеры вообще? Ответ начинается с Альберта Эйнштейна, который впервые определил принцип вынужденного излучения в 1917 году. Этот принцип гласит, что возбужденный электрон или молекула могут доставлять энергию в форме света. Это стимулированное излучение запускается путем подачи энергии в усиливающий свет материал (лазерно-активный материал или среда), в идеале, и таким образом переводит его на более высокий энергетический уровень (энергетически возбужденное состояние). Такая подача энергии называется «накачкой» в терминах лазерной технологии. Когда возбужденные электроны или молекулы затем возвращаются в свое исходное состояние, ранее поглощенная энергия доставляется в виде светового луча. Аббревиатура ЛАЗЕР, в сегодняшнем общепринятом использовании, обозначает именно это явление: Усиление света путем стимулированного излучения.

Какие материалы подходят для использования в качестве лазерно-активной среды? Это может быть газ или газовая смесь, кристалл или жидкость. Выражение «газовый или твердотельный лазер» связано именно с этими вариантами материалов и вытекающими из них характеристиками лазера. А что касается диодного лазера? В этих лазерах лазерно-активным материалом является полупроводник, а именно лазерный диод. Это было разработано еще в 1962 году, и оно создает лазерный свет с помощью небольших кристаллических пластин, которые снабжаются стимулирующей энергией от источника питания; следовательно, он накачивается электрической энергией.

В результате диодный лазер является полупроводниковым лазером, который, следовательно, определяет свой собственный особый тип лазера. Однако, когда все началось, возникли сомнения относительно того, можно ли использовать этот лазер, или любой другой лазер, в продуктивной манере. Даже американский физик Теодор Майман, который построил первый функционирующий лазер в 1960 году (рубиновый лазер, т. е. твердотельный лазер), поначалу не ожидал многого от своего изобретения и просто считал его «решением, которое ищет проблему». Лазерный диод не ценился выше. Только когда лазерная технология впервые была использована в промышленности в 1969 году, а именно для сварки часовых пружин, произошло переосмысление. Действительно, в последующие десятилетия лазерные диоды продолжали завоевывать важные области применения в сценической технике и потребительской электронике.

Функциональный принцип работы лазерных диодов Laserline

Однако их использование в промышленной обработке материалов стало возможным только благодаря изменению конструкции лазера, а именно разработке диодной линейки. Это радиатор с множеством лазерных диодов, установленных бок о бок, что означает, что один диодный лазер может работать с сотнями отдельных лазерных излучателей. Этот подход был еще больше расширен в ходе его технологического развития. Высокомощные диодные лазеры, такие как те, которые производит и продает Laserline, изготавливаются из сложенных диодных линеек, известных как стопки. В лазере может быть несколько таких стопок, в зависимости от целевой выходной мощности. Во всех лазерных диодах излучаемый свет объединяется на оптическом уровне в стержнях и стопках, а мощность лазера суммируется для создания высокопроизводительной системы. На заре промышленной технологии диодных лазеров 1 кВт был достаточной цифрой, чтобы люди гордились. Сегодня диодные лазеры Laserline предлагаются в стандартной комплектации в диапазоне мощности от 500 Вт до 25 кВт, а при специальных конфигурациях в ходе испытаний можно достичь даже 60 кВт. Удивительно, но при нынешнем методе строительства можно достичь 100 кВт.

Однако диодные лазеры являются выигрышным вариантом не только из-за их высокой выходной мощности: они также популярны из-за своей высокой энергоэффективности. С выходной эффективностью сокета около 50 процентов они достигают наилучшей эффективности среди всех типов лазеров, доступных в настоящее время. И хотя в диодном лазере необходимо объединить луч сотен отдельных излучателей, технология даже достигает очень хороших значений в отношении фокусировки. Диодные лазеры Laserline зарекомендовали себя своей высокой яркостью; другими словами, они объединяют свои высокие выходные мощности для создания высокого качества луча, т. е. превосходной фокусирующей способности. Что касается параметра пучка — физического параметра, который дает информацию о фокусируемой способности лазерных лучей, — они могут достигать превосходных значений до 4 мм•мрад.* Специальные лазерные концепции, разработанные Laserline, сделали это возможным. Вместе с высококачественными процессами