Diodo bombeado CW: uma opção de fonte de luz flexível e eficiente!

Cristais e óculos dopados com ND, como ND: YAG (Garnet de alumínio de neodímio: yttrium) há muito são usados como materiais de ganho a laser. Opticamente bombeado, eles podem produzir comprimentos de onda de saída próximos a 1 µm, enquanto a vida útil do estado excitada de neodímio suporta operação de onda contínua e pulsada (Q-switched).

Nos lasers tradicionais, a saída de lâmpadas flash intensas e lâmpadas de arco é focada em uma haste de cristal a laser cilíndrica para formar um módulo de ganho. Este módulo é então colocado dentro da cavidade do laser, que normalmente tem vários centímetros de comprimento e delimitada por refletores altos e refletores parciais ou acopladores de saída.

No entanto, essa abordagem enfrenta vários desafios. Primeiro, a luz da bomba não é eficiente, o que se deve principalmente à ineficiência da lâmpada na conversão de energia elétrica em luz da bomba, enquanto gera muito calor inútil. Mais criticamente, essas lâmpadas emitem radiação de banda larga nos intervalos visíveis e infravermelhos, resultando na maioria da luz não sendo totalmente absorvida pelos cristais de ganho a laser, que por sua vez exacerbam a geração de calor do módulo da bomba. Esse calor deve ser dissipado por um sistema de resfriamento de água para a cabeça do laser, e é necessária uma fonte de alimentação multi-quilowatt.

Para muitas aplicações industriais, as lâmpadas de arco contínuas têm uma vida útil limitada e precisam ser substituídas a cada 200 a 600 horas. Durante a substituição, a óptica da cavidade geralmente precisa ser ajustada para manter um bom padrão de saída a laser. Essa manutenção de rotina frequente não apenas aumenta os custos, mas também pode afetar a estabilidade do sistema a laser. Além disso, o alinhamento óptico pode desviar ao longo do tempo, exigindo recalibração regular, mesmo sem considerar a substituição da própria lâmpada.

Em contraste,Diodo bombeado CWelimina significativamente essas limitações e desvantagens. Os cristais de laser dopados com neodímio têm alta absorção em comprimentos de onda de 808 e 880 nm, que correspondem aos comprimentos de onda de emissão dos diodos de laser semicondutores de Ingaas. O diodo do laser pode converter com eficiência energia elétrica em luz do laser, que é efetivamente absorvida pelo cristal dopado com neodímio, alcançando uma eficiência de plugue da parede várias vezes maior que a dos lasers tradicionais de lâmpada.

Além da alta eficiência elétrica,Diodo bombeado CWtambém traz outras vantagens significativas. Devido à baixa potência de saída, esses lasers geram relativamente pouco calor, reduzindo os requisitos de resfriamento. Além disso, eles são alimentados por fontes de alimentação de baixa tensão, compatíveis com linhas monofásicas (110/220V) ou utilitários de baixa tensão em algumas ferramentas de máquinas a laser.

Além disso, devido ao tamanho compacto dos diodos semicondutores, o tamanho geral da cabeça do laser pode ser significativamente reduzido. Para OEMs e usuários industriais, a longa vida dos diodos reduz ainda mais o tempo de inatividade da manutenção. De fato, com a melhoria contínua da confiabilidade dos diodos em lasers de estado sólido de diodo, esses lasers alcançaram muitos anos de operação sem problemas.

Em termos de introdução de cristais a laser, existem várias abordagens básicas para o CW bombeado de diodo, incluindo bombeamento final e bombeamento lateral. Os lasers bombados proporcionam alto desempenho e estabilidade de vigas de saída de alta qualidade na faixa de energia até dezenas de watts, enquanto os lasers bombados se concentram em fornecer até vários quilowatts de energia bruta, embora sua qualidade de feixe seja comprometida.

Desde a introdução deDiodo bombeado CW, numerosas geometrias de cristal a laser foram estudadas com graus variados de sucesso comercial. Entre eles, hastes cilíndricas, placas e cristais de disco fino são os mais importantes. Dependendo dos requisitos de energia e modo, os cristais de laser de placa e haste podem ser projetados como bombados ou tocados, enquanto os cristais de disco só podem ser apumados. Geralmente, os cristais de haste dominam as aplicações de baixa potência e alta qualidade de modo, enquanto os cristais de placa e disco são frequentemente usados em lasers de alta potência.