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低温激光器下一个目标:转换效率超过80%

2013-10-31 11:29
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  LIFE、HiPER和ELI等高能激光装置都是利用超高效率的有着很高输出功率的二极管巴条进行抽运。当单巴条功率超过800W时,其理想的转换效率超过75%(当前最先进的巴条功率可达到400W,其转换效率可达到65%)。Ferdinand-Braun研究所(FBH,位于德国柏林)目前正在开展新型激光巴条的相关研究,用以满足此苛刻的技术指标,他们采用的技术是使巴条工作在水的冰点温度以下,并进行相关优化设计。

  当二极管激光器工作在低热沉温度条件下(即低于0℃或273K),光学增益变大,非辐射复合减小,因此阈值变低。低阈值电流意味着在增益介质中的载流子密度变低,吸收会减少,泄露效应也会得到抑制,其结果是随着温度的降低,斜率效率接近100%(每个电子输入带来的有效光子输出数目)。然而与此同时,低温时串联电阻增大,限制了大电流和功率时的效率。设计上面临的挑战主要是在维持高光学性能的同时降低串联电阻。迄今为止,975nm激光二极管单巴条的输出功率记录是1.7kW,对应工作点温度为-55℃,转换效率为50%。研究小组目前正在进行设计和材料品质方面的改进实验,通过新的p侧波导损失设计,设法在1.6kW输出时将效率提高到80%以上。同时考虑加入内部光栅,用以窄化光谱宽度,提高LIFE、HiPER和ELI中所使用的激光晶体的抽运效率。

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