Zielone lasery są powszechnie używane w różnych zastosowaniach, od badań naukowych po przetwarzanie przemysłowe i elektronikę użytkową. Pomimo ich szerokiego zastosowania i zalet, zielone lasery borykają się z kilkoma wyzwaniami związanymi z awariami, które mogą wpływać na ich wydajność i żywotność. Zrozumienie tych trybów awarii i ich przyczyn jest niezbędne dla inżynierów i użytkowników, którzy chcą zmaksymalizować niezawodność i wydajność urządzeń laserowych.
1. Skakanie trybu
Skakanie trybu występuje, gdy częstotliwość wyjściowa lasera nagle przeskakuje między różnymi trybami rezonansowymi wewnątrz wnęki lasera. Ta niestabilność prowadzi do wahań długości fali i mocy wyjściowej lasera, co może poważnie wpłynąć na zastosowania wymagające precyzyjnego i stabilnego światła.
Głównymi czynnikami wywołującymi skakanie trybu są zmiany temperatury, wibracje mechaniczne i zmiany prądu wtrysku. Nawet niewielkie zmiany długości wnęki lub współczynnika załamania światła zmieniają warunki rezonansu, powodując nieprzewidywalne przełączanie trybów przez laser. Zarządzanie stabilnością termiczną i minimalizacja naprężeń mechanicznych mogą pomóc w ograniczeniu tego problemu.
2. Degradacja mocy
Degradacja mocy objawia się jako stopniowy spadek mocy wyjściowej i wzrost prądu progowego lasera. Do tego spadku przyczynia się kilka czynników, w tym:
-
Tworzenie się i wzrost defektów wewnątrz kryształu lasera, takich jak dyslokacje i defekty ciemnych punktów, które zwiększają rekombinację nieradiacyjną i zmniejszają wydajność.
-
Uszkodzenia optyczne na lustrach lub powłokach, szczególnie przy wysokich poziomach mocy, co zwiększa absorpcję i lokalne nagrzewanie, czasami prowadząc do katastrofalnych uszkodzeń optycznych.
-
Degradacja interfejsu materiału w obrębie obszaru aktywnego, gdzie dyfuzja atomowa i naprężenia termiczne degradują struktury studni kwantowych, kluczowe dla emisji laserowej.
-
Starzenie się elektrod i zagęszczenie prądu, powodujące nierównomierny wtrysk prądu i lokalne przegrzewanie.
3. Uszkodzenie kryształu
Uszkodzenie kryształu odnosi się do fizycznych defektów i uszkodzeń wewnątrz aktywnego obszaru lasera lub otaczających materiałów. Defekty te obejmują:
-
Tworzenie się i propagację sieci dyslokacji, które upośledzają rekombinację elektron-dziura.
-
Mikropęknięcia generowane przez cykle termiczne i naprężenia mechaniczne.
-
Dyfuzję zanieczyszczeń i degradację interfejsów heterostruktur, które zakłócają wydajne działanie lasera.
-
Zlokalizowane "wypalone" plamy na powierzchniach optycznych spowodowane absorpcją światła o wysokiej intensywności, znane jako katastrofalne uszkodzenia optyczne, które mogą trwale wyłączyć laser.
4. Problemy z zarządzaniem termicznym
Ciepło jest krytycznym wrogiem zielonych laserów. Słabe zarządzanie termiczne prowadzi do:
-
Nadmiernego wzrostu temperatury powodującego rozszerzalność materiału i naprężenia.
-