L'utilisation commerciale et industrielle des diodes laser a considérablement augmenté récemment. Les caractéristiques optiques, la petite taille et la robustesse des diodes laser ont permis la commercialisation de nombreuses nouvelles utilisations. La sortie des diodes laser est très brillante compte tenu de leur petite taille. Aujourd'hui, des centaines de watts de puissance sont disponibles dans le commerce à partir de diodes laser fonctionnant dans des conditions d'onde continue (CW) dans des boîtiers aussi petits que quelques pouces cubes. Cette caractéristique rend ces appareils adaptés à la transmission de la télévision par câble, au développement de la télévision haute définition (HDTV) et aux applications médicales.
De plus, par rapport aux autres types de lasers, les diodes laser consomment très peu d'énergie. La plupart des diodes laser fonctionnent avec des chutes de tension inférieures à 2 V avec des exigences de puissance déterminées par leur réglage de courant. Des rendements globaux supérieurs à 30 % sont typiques dans le cas des diodes laser.
Étant donné que les diodes laser sont constituées de matériaux semi-conducteurs, elles ne nécessitent pas les boîtiers en verre fragiles ou l'alignement des miroirs typiques des lasers à gaz. La robustesse et la petite taille qui en résultent permettent aux diodes laser d'être utilisées dans des environnements et des espaces dans lesquels d'autres types de lasers ne peuvent pas fonctionner.
La cohérence et les caractéristiques de longueur d'onde unique des diodes laser permettent aux sorties de ces dispositifs d'être focalisées sur une taille de spot limitée par la diffraction. La taille de la tache résultante dépend de la longueur d'onde du laser - plus la longueur d'onde de la lumière est courte, plus la taille de la tache qui peut être générée est petite. Le fonctionnement à des longueurs d'onde bleues et UV plus courtes permet des tailles de points plus petites, permettant par conséquent de stocker plus d'informations sur des disques optiques à une densité plus élevée.
Un autre avantage des diodes laser est qu'elles peuvent être directement modulées à des fréquences élevées. En modulant le courant d'entraînement, la sortie de la diode laser est modulée avec des fréquences jusqu'à plusieurs GHz dans les communications de données à grande vitesse.
Diodes laser de faible puissance
Low-power laser diodes come in a variety of packages. Most have a monitor photodiode integrated with the laser diode. Generally, laser diodes emit light from both ends of their cavity. By monitoring the rear facet output beam of the laser diode, one can maintain the laser at a constant power level. For power levels in the range of 1 W or less, the most common package used is the TO-Can style and is available in either a 5.6 mm or 9 mm diameter base (Figure 1). Other packages include TO-3 packages for higher power laser diodes (>1 W).
Les diodes laser de télécommunication sont fournies dans des boîtiers à broches papillon 14-. La plupart comprennent à la fois un module de refroidissement thermoélectrique (TEC) et tous comprennent une plaque de montage pour la dissipation de la chaleur.
De nombreux autres boîtiers sont utilisés, notamment des boîtiers coaxiaux pour les diodes laser pulsées et une variété de diodes laser à fibre amorce avec des diodes laser de style CD/DVD intégrées dans un boîtier conçu sur mesure qui comprend une optique de focalisation et une sortie fibre.
Les lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) peuvent être fabriqués dans des matrices 2-D pour une utilisation dans l'informatique optique, l'impression et les communications. Leur structure laser possède une ouverture circulaire permettant de collimater facilement le faisceau de sortie à l'aide d'une simple lentille sphérique.
Diodes laser haute puissance
Plus récemment, les diodes laser haute puissance fonctionnant dans la gamme de longueurs d'onde d'environ 0 0,8 à 1,1 micron ont suscité beaucoup d'attention en raison de leurs applications étendues. Ces lasers sont utilisés dans le pompage optique des lasers à semi-conducteurs, tels que le Nd:YAG, remplaçant les conceptions de lampes flash traditionnelles. Les diodes laser haute puissance sont accordées à la bande d'absorption du cristal diélectrique, ce qui permet un pompage beaucoup plus efficace de la tige laser, à partir de laquelle un faisceau de lumière cohérent focalisé haute puissance est émis. Ce faisceau peut ensuite être utilisé dans une variété d'applications industrielles, médicales et militaires. Les diodes laser ont été développées pour correspondre aux bandes d'absorption d'une variété de cristaux diélectriques dans une large gamme de longueurs d'onde.
En plus des applications impliquant le pompage de barres laser à semi-conducteurs, les diodes laser à haute puissance sont également très utiles pour les télécommunications par fibre optique. Dans ces applications, une diode laser haute puissance fonctionnant à la longueur d'onde de 980 nm est utilisée comme source de pompage pour les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium. De tels amplificateurs optiques sont utilisés dans l'amplification optique directe des signaux de télécommunication de longueur d'onde de 1550 nm se propageant le long des lignes de télécommunication longue distance. De cette façon, la nécessité d'utiliser des circuits d'amplification électrique est supprimée et les signaux optiques sont directement amplifiés, avec une plus grande efficacité, et sans qu'il soit nécessaire de convertir le signal lumineux en signal électrique et inversement.
En empilant plusieurs barres de diodes laser haute puissance les unes sur les autres, il est possible de créer des réseaux de diodes laser empilés avec des puissances de sortie potentiellement de l'ordre du kilowatt. De tels dispositifs ouvrent un large éventail de nouvelles possibilités dans des applications telles que le soudage industriel et la découpe de précision de métaux et de divers autres matériaux.
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