L'uso commerciale e industriale dei diodi laser è notevolmente aumentato di recente. Le caratteristiche ottiche, le dimensioni ridotte e la robustezza dei diodi laser hanno consentito la commercializzazione di molti nuovi usi. L'uscita dei diodi laser è molto luminosa considerando le loro piccole dimensioni. Oggi, centinaia di watt di potenza sono disponibili in commercio da diodi laser che operano in condizioni di onda continua (CW) in contenitori piccoli come pochi pollici cubi. Questa caratteristica rende questi dispositivi adatti per la trasmissione di TV via cavo, lo sviluppo di TV ad alta definizione (HDTV) e le applicazioni mediche.
Inoltre, rispetto ad altri tipi di laser, i diodi laser consumano pochissima energia. La maggior parte dei diodi laser funzionano con cadute di tensione inferiori a 2 V con requisiti di alimentazione determinati dalla loro impostazione di corrente. Nel caso dei diodi laser sono tipiche efficienze complessive superiori al 30%.
Poiché i diodi laser sono realizzati con materiali semiconduttori, non richiedono i fragili involucri di vetro o l'allineamento dello specchio tipico dei laser a gas. La robustezza e le dimensioni ridotte che ne derivano consentono l'utilizzo dei diodi laser in ambienti e spazi in cui altri tipi di laser non possono operare.
La coerenza e le caratteristiche di singola lunghezza d'onda dei diodi laser consentono di focalizzare le uscite di questi dispositivi su una dimensione del punto limitata dalla diffrazione. La dimensione dello spot risultante dipende dalla lunghezza d'onda del laser: minore è la lunghezza d'onda della luce, minore è la dimensione dello spot che può essere generato. Il funzionamento a lunghezze d'onda blu e UV più corte rende possibili dimensioni dello spot più piccole, consentendo di conseguenza di memorizzare più informazioni su dischi ottici a una densità più elevata.
Un altro vantaggio dei diodi laser è che possono essere modulati direttamente alle alte frequenze. Modulando la corrente di azionamento, l'uscita del diodo laser viene modulata con frequenze fino a diversi GHz nelle comunicazioni dati ad alta velocità.
Diodi laser a bassa potenza
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).
I diodi laser per telecomunicazioni sono disponibili in pacchetti di 14-pin a farfalla. La maggior parte include un modulo di raffreddamento termoelettrico (TEC) e tutti includono una piastra di montaggio per la dissipazione del calore.
Vengono utilizzati molti altri pacchetti, tra cui lattine coassiali per diodi laser pulsati e una varietà di diodi laser a treccia in fibra con diodi laser in stile CD/DVD integrati in un alloggiamento progettato su misura che include ottiche di focalizzazione e un'uscita in fibra.
I laser a emissione di superficie a cavità verticale (VCSEL) possono essere fabbricati in 2-D array per l'uso nell'elaborazione ottica, nella stampa e nelle comunicazioni. La loro struttura laser ha un'apertura circolare che consente di collimare facilmente il raggio di uscita utilizzando una semplice lente sferica.
Diodi laser ad alta potenza
Più recentemente i diodi laser ad alta potenza operanti nell'intervallo di lunghezze d'onda di circa 0,8–1,1 micron hanno ricevuto molta attenzione grazie alle loro applicazioni diffuse. Questi laser sono utilizzati nel pompaggio ottico di laser a stato solido, come Nd:YAG, in sostituzione dei tradizionali design delle lampade flash. I diodi laser ad alta potenza sono sintonizzati sulla banda di assorbimento del cristallo dielettrico determinando un pompaggio molto più efficiente dell'asta laser, da cui viene emesso un raggio di luce coerente focalizzato ad alta potenza. Questo raggio può quindi essere utilizzato in una varietà di applicazioni industriali, mediche e militari. I diodi laser sono stati sviluppati per adattarsi alle bande di assorbimento di una varietà di cristalli dielettrici in un'ampia gamma di lunghezze d'onda.
Oltre alle applicazioni che coinvolgono il pompaggio di barre laser a stato solido, i diodi laser ad alta potenza sono anche molto utili per scopi di telecomunicazione in fibra ottica. In queste applicazioni, un diodo laser ad alta potenza operante alla lunghezza d'onda di 980 nm viene utilizzato come sorgente di pompa per amplificatori in fibra drogata con erbio. Tali amplificatori ottici sono utilizzati nell'amplificazione ottica diretta dei segnali di telecomunicazione con lunghezza d'onda di 1550 nm che si propagano lungo le linee di telecomunicazione a lungo raggio. In questo modo viene eliminata la necessità di utilizzare circuiti amplificatori elettrici ed i segnali ottici vengono amplificati direttamente, con maggiore efficienza, e senza la necessità di convertire il segnale luminoso in segnale elettrico e viceversa.
Impilando diverse barre di diodi laser ad alta potenza una sopra l'altra, è possibile creare array di diodi laser impilati con potenze di uscita potenzialmente nell'intervallo di kilowatt. Tali dispositivi aprono una vasta gamma di nuove possibilità in applicazioni come la saldatura industriale e il taglio di precisione di metalli e vari altri materiali.
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