Základní princip OPSL laseru a jeho výhody

Opticky čerpané polovodičové lasery (OPSL – Optically Pumped Semiconductor Lasers) jsou převratnou technologií, která nabízí proti klasickým DPSS CW laserům mnoho výhod - podstatně lepší výkon, spolehlivost a nižší provozní náklady než tradičně používané např. plynové lasery.

OPSL technologie byla specificky vyvinuta za účelem překonání limitů plynových laserů a dalších laserových technologií pro biologické a další příbuzné aplikace. OPSL lasery jsou založeny na kompletně polovodičové technologii, která je mnohem efektivnější než plynové lasery.

V OPSL laseru představuje aktivní prostředí velká plocha polovodiče VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). To je monolitický III-V polovodičový čip, který obsahuje vrstvy kvantových jam (quantum wells) speciálně navržených tak, aby absorbovaly budící záření a emitovaly laserové záření. Pod těmito kvantovými jámami jsou další polovodičové struktury, které se chovají jako vysoce odrazná DBR zrcadla (Distributed Bragg Reflector) optimalizovaná pro danou výstupní vlnovou délku OPSL laseru.

Budící záření do VCSEL je vytvářeno polem laserových diod. VCSEL tak generuje IR laserové záření, které se odráží od dichroické vrstvy na výstupním vazebním členu a pak prochází skrz nelineární krystal, kde nastává frekvenční násobení, k zadnímu zrcadlu. Záření ve viditelné oblasti spektra produkované v nelineárním krystalu pak prochází dichroickou vrstvou na výstupním členu a dále ven z celého laseru.

Pokud je požadován výstup v UV oblasti, pak se přidá do rezonátoru další nelineární krystal pro generaci UV záření, který provede mixování základní frekvence OPSL s již násobenou frekvencí. Vysoký výkon uvnitř OPSL rezonátoru vytváří ideální koncept pro generaci vyšších harmonických frekvencí.

Výstupní vlnová délka OPSL laseru je určena charakteristikou kvantových jam ve struktuře VCSEL a může být optimalizovaná pro libovolnou vlnovou délku v blízké infračervené oblasti. Účinné intra-cavity frekvenční násobení pak umožňuje nastavit finální výstupní vlnovou délku kdekoliv ve viditelné resp. UV oblasti spektra. Navíc lze výstupní výkon OPSL laseru jednoduše zvýšit zesílením budícího záření laserových diod. OPSL tak představuje technologii škálovatelnou jak v rámci vlnové délky tak i výkonu a představuje tak do budoucna vysoce efektivní a ověřenou platformu na bázi polovodičů s vysokým potenciálem.

Hlavní výhody OPSL

OPSL nabízí hned několik výhod jak v rámci výstupních parametrů tak v rámci provozních charakteristik:

• vysoká konverzní účinnost → nízký elektrický odběr → zanedbatelné provozní náklady
• téměř nulové rozměrové nároky
• chlazení vzduchem → odpadají náklady s vodním chlazením, zdrojem vysokého napětí …
• extrémně vysoká spolehlivost (díky polovodičové technologii, ověřeno silně v praxi)
• lepší kvalita výstupního svazku - mód TEM00, nižší šum, časově stabilní v rámci dlouhé doby

Porovnání základních vlastností HeNe a ion laseru s OPSL

Laser	Kvalita svazku	Poziční přesnost	Šum ve svazku	Výběr vln. délek	Výkon	Konverzní účinnost
HeNe
Ion
OPSL