Groene lasers worden vaak gebruikt in verschillende toepassingen, van wetenschappelijk onderzoek tot industriële verwerking en consumentenelektronica. Ondanks hun wijdverbreide gebruik en voordelen, worden groene lasers geconfronteerd met verschillende uitdagingen op het gebied van falen die hun prestaties en levensduur kunnen beïnvloeden. Het begrijpen van deze faalmodi en hun onderliggende oorzaken is essentieel voor ingenieurs en gebruikers die de betrouwbaarheid en efficiëntie van laserapparaten willen maximaliseren.
1. Modus Hopping
Modus hopping treedt op wanneer de uitgangsfrequentie van de laser plotseling verspringt tussen verschillende resonantie-modi binnen de lasercaviteit. Deze instabiliteit leidt tot fluctuaties in de golflengte en het uitgangsvermogen van de laser, wat toepassingen die precisie en stabiel licht vereisen ernstig kan beïnvloeden.
De belangrijkste triggers voor modus hopping zijn temperatuurveranderingen, mechanische trillingen en variaties in de injectiestroom. Zelfs kleine verschuivingen in de caviteitslengte of brekingsindex veranderen de resonantieconditie, waardoor de laser onvoorspelbaar van modus verandert. Het beheersen van thermische stabiliteit en het minimaliseren van mechanische spanningen kan helpen dit probleem te verminderen.
2. Vermogensdegradatie
Vermogensdegradatie manifesteert zich als een geleidelijke afname van het uitgangsvermogen en een toename van de drempelstroom van de laser. Verschillende factoren dragen bij aan deze afname, waaronder:
-
Vorming en groei van defecten in het laserkristal, zoals dislocaties en donkere puntdefecten, die niet-stralingsrecombinatie verhogen en de efficiëntie verminderen.
-
Optische schade aan spiegels of coatings, vooral bij hoge vermogensniveaus, wat de absorptie en lokale verwarming verhoogt, wat soms leidt tot catastrofale optische schade.
-
Degradatie van materiaaloppervlakken binnen de actieve regio, waar atomaire diffusie en thermische spanningen de kwantumputstructuren aantasten die cruciaal zijn voor laseremissie.
-
Veroudering van elektroden en stroomophoping, wat resulteert in ongelijke stroominjectie en lokale oververhitting.
3. Kristalschade
Kristalschade verwijst naar fysieke defecten en schade binnen de actieve regio van de laser of de omringende materialen. Deze defecten omvatten:
-
De vorming en voortplanting van dislocatienetwerken die de recombinatie van elektronen en gaten belemmeren.
-
Micro-scheuren gegenereerd door thermische cycli en mechanische spanning.
-
Diffusie van onzuiverheden en degradatie van heterostructuuroppervlakken die een efficiënte laserwerking verstoren.
-
Gelokaliseerde “brand”-plekken op optische oppervlakken veroorzaakt door absorptie van licht met hoge intensiteit, bekend als catastrofale optische schade, die de laser permanent kan uitschakelen.
4. Problemen met thermisch beheer
Warmte is een kritieke vijand van groene lasers. Slecht thermisch beheer leidt tot:
-
Overmatige temperatuurstijgingen die materiaaluitzetting en spanning veroorzaken.
-