Зеленые лазеры широко используются в различных областях, от научных исследований до промышленной обработки и потребительской электроники. Несмотря на их широкое применение и преимущества, зеленые лазеры сталкиваются с несколькими проблемами, которые могут повлиять на их производительность и срок службы. Понимание этих режимов отказов и их основных причин необходимо для инженеров и пользователей, которые хотят максимизировать надежность и эффективность лазерных устройств.
1. Перескок моды
Перескок моды происходит, когда выходная частота лазера внезапно перескакивает между различными резонансными модами внутри лазерного резонатора. Эта нестабильность приводит к колебаниям длины волны и выходной мощности лазера, что может серьезно повлиять на приложения, требующие точного и стабильного света.
Основными триггерами перескока моды являются изменения температуры, механические вибрации и изменения тока инжекции. Даже незначительные изменения длины резонатора или показателя преломления изменяют резонансное условие, заставляя лазер непредсказуемо переключать моды. Управление термической стабильностью и минимизация механических напряжений могут помочь уменьшить эту проблему.
2. Снижение мощности
Снижение мощности проявляется как постепенное уменьшение выходной мощности и увеличение порогового тока лазера. Несколько факторов способствуют этому снижению, в том числе:
-
Образование и рост дефектов внутри лазерного кристалла, таких как дислокации и темные точечные дефекты, которые увеличивают безызлучательную рекомбинацию и снижают эффективность.
-
Оптическое повреждение зеркал или покрытий, особенно при высоких уровнях мощности, что повышает поглощение и локальный нагрев, иногда приводя к катастрофическому оптическому повреждению.
-
Деградация интерфейса материала в активной области, где атомная диффузия и термические напряжения ухудшают структуру квантовых ям, критически важную для лазерного излучения.
-
Старение электродов и скученность тока, приводящие к неравномерной инжекции тока и локальному перегреву.
3. Повреждение кристалла
Повреждение кристалла относится к физическим дефектам и повреждениям внутри активной области лазера или окружающих материалов. Эти дефекты включают в себя:
-
Образование и распространение сетей дислокаций, которые ухудшают рекомбинацию электрон-дырочных пар.
-
Микротрещины, образованные термическим циклом и механическим напряжением.
-
Диффузия примесей и деградация гетероструктурных интерфейсов, которые нарушают эффективное лазерное действие.
-
Локализованные «ожоги» на оптических поверхностях, вызванные поглощением света высокой интенсивности, известные как катастрофическое оптическое повреждение, которое может навсегда вывести лазер из строя.
4. Проблемы с терморегулированием
Тепло является критическим врагом зеленых лазеров. Плохое управление тепловым режимом приводит к:
-
Чрезмерному повышению температуры, вызывающему расширение материала и напряжение.
-