レーザーダイオードの商業用および工業的使用は、最近劇的に増加している。レーザーダイオードの光学特性、小型、堅牢性により、多くの新しい用途が商品化されています。レーザーダイオードの出力は、その小さなサイズを考慮すると非常に明るいです。今日、数百ワットの電力が、数立方インチの小型パッケージで連続波(CW)条件下で動作するレーザダイオードから市販されています。この特性により、ケーブルテレビ伝送、高精細テレビ(HDTV)開発、医療用途に適しています。
さらに、他のタイプのレーザと比較して、レーザダイオードは消費電力をほとんど消費しません。ほとんどのレーザダイオードは、2V未満の電圧降下で動作し、電力要件は電流設定によって決まります。レーザーダイオードの場合、30%を超える全体的な効率が一般的です。
レーザダイオードは半導体材料で作られているため、ガスレーザに典型的な壊れやすいガラスエンクロージャやミラーアライメントを必要としません。結果として得られる堅牢性と小型サイズにより、他のタイプのレーザが動作できない環境や空間でレーザダイオードを使用することができます。
レーザダイオードのコヒーレンスと単一波長特性により、これらのデバイスの出力を回折制限されたスポットサイズに集中させることができます。得られるスポットのサイズは、レーザーの波長に依存する - 光の波長が短いほど、生成することができるスポットのサイズは小さくなる。より短い青色およびUV波長での動作により、より小さなスポットサイズが可能になり、その結果、より多くの情報をより高い密度で光ディスクに保存することができます。
レーザーダイオードのもう1つの利点は、高周波で直接変調できることです。駆動電流を変調することにより、レーザダイオードの出力は、高速データ通信において最大数GHzの周波数で変調される。
低電力レーザーダイオード
低電力レーザーダイオードは、さまざまなパッケージで提供されます。ほとんどは、レーザーダイオードと統合されたモニターフォトダイオードを持っています。一般に、レーザーダイオードはキャビティの両端から光を放出します。レーザーダイオードのリアファセット出力ビームを監視することで、レーザーを一定のパワーレベルに維持することができます。1W以下の電力レベルの場合、最も一般的なパッケージはTO-Canスタイルで、直径5.6mmまたは9mmのベースで提供されます(図1)。その他のパッケージには、高出力レーザダイオード(>1W)用のTO-3パッケージが含まれています。
通信用レーザーダイオードは、バタフライ14ピンパッケージで提供されます。ほとんどに熱電冷却器(TEC)モジュールの両方が含まれており、すべてに放熱用の取り付けプレートが含まれています。
パルスレーザダイオード用の同軸缶や、集束光学系とファイバ出力を含むカスタム設計のハウジングに統合されたCD / DVDスタイルのレーザダイオードを備えたさまざまなファイバピグテールレーザダイオードなど、他の多くのパッケージが使用されています。
垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)は、光コンピューティング、印刷、通信に使用するために2次元アレイで製造することができます。それらのレーザー構造は円形の開口部を有し、出力ビームを単純な球面レンズを使用して容易に平行化することができる。
高出力レーザーダイオード
最近では、約0.8~1.1ミクロンの波長範囲で動作する高出力レーザーダイオードが、その広範な用途から大きな注目を集めています。これらのレーザは、従来のフラッシュランプ設計に取って代わるNd:YAGなどの固体レーザの光ポンピングに使用されます。高出力レーザーダイオードは誘電体結晶の吸収帯に同調され、レーザーロッドのポンピングがはるかに効率的になり、そこから高出力の集束コヒーレントビームが放出されます。このビームは、その後、産業、医療、軍事の様々なアプリケーションで使用することができます。レーザーダイオードは、広い波長範囲の様々な誘電体結晶の吸収帯域に適合するように開発されている。
固体レーザーロッドのポンピングを含むアプリケーションに加えて、高出力レーザーダイオードは、光ファイバー通信の目的にも非常に有用である。これらのアプリケーションでは、980nmの波長で動作する高出力レーザダイオードが、エルビウムドープファイバアンプのポンプ源として使用されます。このような光増幅器は、長距離電気通信線路に沿って伝搬する1550nm波長の電気通信信号の直接光増幅に使用される。このようにして、電気増幅回路を使用する必要がなくなり、光信号が直接増幅され、効率が向上し、光信号を電気信号に変換して戻す必要がなくなります。
複数の高出力レーザーダイオードバーを積み重ねることで、潜在的にキロワットの範囲の出力電力を持つ積層レーザーダイオードアレイを作ることができます。このようなデバイスは、金属やその他の様々な材料の工業用溶接や精密切断などの用途において、幅広い新しい可能性を開きます。
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