¿Qué es un diodo láser de alta potencia?

Un diodo láser de alta potencia es un láser que produce haces de luz de alta potencia utilizando un semiconductor como medio de ganancia del láser. La potencia de un láser, medida en unidades llamadas vatios, es la velocidad a la que el láser convierte la energía. Alta potencia no es un término definido con precisión, y su significado varía según el tipo de láser y la aplicación del láser, pero un diodo láser de alta potencia suele ser un láser con una salida en vatios o kilovatios (kW), distinguiéndolo de los diodos láser de rango de milivatios utilizados para aplicaciones como punteros láser y lectores de discos ópticos. Los diodos láser de alta potencia se utilizan para aplicaciones industriales como calentamiento y soldadura, y también se utilizan para bombear ópticamente láseres de estado sólido de alta potencia.

Un diodo láser produce un haz de luz bombeando energía en forma de electricidad a un semiconductor, que sirve como medio de ganancia del láser. El semiconductor generalmente está compuesto de sustancias como el fosfuro de indio (InP) o compuestos de galio como el nitruro de galio (GaN) y el arseniuro de galio (GaAs). La electricidad eleva temporalmente el nivel de energía de los electrones del semiconductor, y cuando vuelven a su nivel original, la energía se emite en forma de fotones, que luego se enfocan en un haz. Los diodos láser a menudo se agrupan en conjuntos de emisores láser individuales de lado a lado llamados barras de diodos, que a su vez a veces se combinan en un conjunto bidimensional llamado pila de diodos.

La potencia es la producción de energía a lo largo del tiempo, con el vatio definido como un julio de energía por segundo. La potencia de un láser puede referirse al número máximo de vatios que puede producir durante un pulso corto, llamado potencia máxima, o al número promedio de vatios que puede generar durante un período prolongado, llamado potencia promedio. Los láseres se enfrentan a una compensación entre la potencia del haz y la calidad del haz, que se refiere a cuán enfocado está el haz. Esto afecta cuán preciso puede ser el haz y qué tan bien puede entregar energía enfocada a distancias mayores. La calidad del haz se puede mejorar a través de varias características de diseño del láser, pero los láseres más potentes tienen una calidad de haz más baja que los láseres menos potentes, en igualdad de condiciones.

Un diodo láser de alta potencia generalmente tiene una calidad de haz relativamente pobre y produce un haz con alta divergencia, lo que significa que los fotones en el haz se propagan rápidamente a medida que avanzan. En consecuencia, se usan más comúnmente para aplicaciones que se pueden realizar a corto alcance y no requieren una precisión extrema. Los diodos láser de alta potencia se usan comúnmente en la industria para fines tales como soldadura, soldadura y tratamiento térmico.

Un diodo láser de alta potencia también se puede utilizar como bomba óptica, una fuente de luz que alimenta otros láseres. En un láser de estado sólido bombeado por diodos, un diodo láser de alta potencia dispara un haz de luz al medio de ganancia del láser de estado sólido. El medio de ganancia de estado sólido suele ser un vidrio o material cristalino, como corindón o granate de itrio y aluminio dopado con iones metálicos. La luz del láser de diodo energiza el medio de ganancia de estado sólido, que a su vez comienza a producir luz que puede enfocarse en un haz con una calidad de haz superior a la que un diodo láser de alta potencia podría producir por sí solo.