Blog Tentang Larikan Laser Daya Tinggi Memajukan Laser Koheren 2 mikron

Bayangkan seberkas laser yang presisi menembus atmosfer Bumi dari luasnya angkasa, mendeteksi variasi medan angin yang halus. Teknologi yang tampak futuristik ini bergantung pada komponen penting: susunan dioda laser (LDA). Namun, teknologi LDA saat ini menghadapi tantangan signifikan dalam keandalan, masa pakai, dan efisiensi, terutama ketika berfungsi sebagai sumber pompa untuk laser koheren keadaan padat 2 mikron.

Susunan dioda laser membentuk inti dari sistem laser keadaan padat yang dipompa dioda, dengan kinerjanya secara langsung menentukan kemampuan sistem secara keseluruhan. Sebagai sumber pompa, LDA menyediakan energi ke media laser keadaan padat, menghasilkan berkas laser koheren dengan kualitas spasial dan spektral yang tinggi. Desain laser keadaan padat dan karakteristik bahan laser menentukan panjang gelombang operasi, durasi pulsa, dan persyaratan daya dioda laser.

Dibandingkan dengan laser 1 mikron yang banyak digunakan, laser keadaan padat 2 mikron berenergi pulsa tinggi menghadirkan tantangan yang jauh lebih besar dalam persyaratan pemompaannya. Selain itu, aplikasi seperti pemrofilan angin berbasis ruang angkasa global dan deteksi turbulensi udara jernih pesawat terbang menuntut keandalan dan masa pakai yang jauh melebihi kemampuan LDA saat ini.

Kemajuan terbaru dalam LDA quasi-continuous-wave berenergi puncak pulsa tinggi dalam paket berpendingin konduksi menunjukkan harapan untuk mengatasi tantangan rekayasa dalam instrumen lidar keadaan padat. Namun, terlepas dari perkembangan ini, LDA yang memenuhi persyaratan lidar koheren berbasis ruang angkasa dan udara masih menghadapi masalah masa pakai dan keandalan.

Laser keadaan padat 2 mikron berenergi pulsa sedang hingga tinggi memerlukan LDA quasi-CW berdaya tinggi dengan durasi pulsa minimum 1 milidetik pada 792 nanometer. Durasi pulsa yang relatif panjang ini berkontribusi signifikan terhadap masa pakai susunan yang terbatas, karena membuat daerah aktif dioda laser mengalami suhu tinggi dan siklus termal yang parah. Siklus termal di daerah aktif dianggap sebagai penyebab utama degradasi daya LDA yang cepat, sementara kenaikan suhu yang berlebihan menyebabkan kegagalan dini.

Peningkatan suhu ekstrem selama pulsa menghasilkan tegangan yang cukup besar di dalam batang emitor individu karena pemanasan lokal dan berbagai ketidaksesuaian termal antara batang, substrat, dan bahan pengikat. Meskipun desain kepala laser yang cermat dapat mengurangi degradasi termal dengan meningkatkan pembuangan panas dan mengoperasikan dioda jauh di bawah peringkat maksimum, solusi yang lebih komprehensif diperlukan.

Platform karakterisasi susunan dioda laser (LDCF) khusus telah dikembangkan untuk menyelidiki kinerja LDA secara menyeluruh. Platform ini terdiri dari dua stasiun pengukuran utama:

• Stasiun Karakterisasi Dioda Laser: Stasiun ini memperoleh parameter fundamental termasuk daya, panjang gelombang, lebar garis, dan efisiensi. Stasiun ini juga melakukan pengukuran khusus seperti pemetaan termal faset dan paket dioda laser, analisis kualitas berkas medan dekat dan medan jauh, dan pengukuran spektral resolusi tinggi.
• Stasiun Pengujian Masa Pakai: Fasilitas otomatis ini dapat mengukur delapan LDA secara bersamaan menggunakan instrumentasi standar untuk analisis komparatif yang akurat. Sistem secara otomatis mengatur parameter operasi, mengumpulkan dan mengarsipkan data, menandai anomali, dan menghasilkan peringatan jika diperlukan.

Untuk meningkatkan masa pakai dan efisiensi LDA, paket yang dirancang khusus yang menggabungkan enam batang emitor 100W dikembangkan. LDA eksperimental ini menggunakan substrat berlian dan penyebar panas alih-alih substrat BeO konvensional dan penyebar panas tembaga, secara signifikan meningkatkan pembuangan panas dari daerah aktif.

Kinerja termal dievaluasi dengan mengoperasikan susunan pada arus konstan 80A dan laju pengulangan 10Hz sambil mengukur panjang gelombang keluaran dan efisiensi elektro-optik di berbagai lebar pulsa. Analisis komparatif mengungkapkan paket berbasis berlian menunjukkan resistansi termal yang lebih rendah, menunjukkan pembuangan panas yang unggul yang dapat secara substansial memperpanjang masa pakai operasional.

Susunan dioda laser berdaya tinggi tetap menjadi komponen penting untuk laser koheren keadaan padat 2 mikron, dengan kinerjanya secara langsung memengaruhi kemampuan sistem secara keseluruhan. Penelitian yang sedang berlangsung berfokus pada pengoptimalan desain paket, peningkatan bahan termal, dan eksplorasi struktur dioda laser baru untuk memenuhi persyaratan aplikasi lidar canggih yang menuntut.

Melalui inovasi berkelanjutan, para peneliti bertujuan untuk mengatasi keterbatasan saat ini, memungkinkan penyebaran luas laser koheren keadaan padat 2 mikron dalam aplikasi penting termasuk pemetaan medan angin berbasis ruang angkasa dan pemantauan atmosfer.