Grüne Laser werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von der wissenschaftlichen Forschung über die industrielle Verarbeitung bis hin zur Unterhaltungselektronik. Trotz ihrer weit verbreiteten Verwendung und ihrer Vorteile stehen grüne Laser vor mehreren Ausfallproblemen, die ihre Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen können. Das Verständnis dieser Ausfallmodi und ihrer zugrunde liegenden Ursachen ist für Ingenieure und Anwender, die die Zuverlässigkeit und Effizienz von Lasergeräten maximieren wollen, unerlässlich.
1. Modensprung
Modensprung tritt auf, wenn die Ausgangsfrequenz des Lasers plötzlich zwischen verschiedenen Resonanzmoden innerhalb des Laserkavität springt. Diese Instabilität führt zu Schwankungen in der Wellenlänge und der Ausgangsleistung des Lasers, was Anwendungen, die präzises und stabiles Licht erfordern, stark beeinträchtigen kann.
Die Hauptauslöser für Modensprünge sind Temperaturänderungen, mechanische Vibrationen und Variationen im Injektionsstrom. Schon geringfügige Verschiebungen der Kavitätslänge oder des Brechungsindex verändern die Resonanzbedingung, wodurch der Laser unvorhersehbar die Moden wechselt. Die Steuerung der thermischen Stabilität und die Minimierung mechanischer Belastungen können dazu beitragen, dieses Problem zu reduzieren.
2. Leistungsabfall
Leistungsabfall manifestiert sich als allmähliche Abnahme der Ausgangsleistung und als Erhöhung des Schwellenstroms des Lasers. Mehrere Faktoren tragen zu diesem Rückgang bei, darunter:
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Defektbildung und -wachstum innerhalb des Laserkristalls, wie z. B. Versetzungen und Dunkelpunktd Defekte, die die nicht-strahlende Rekombination erhöhen und die Effizienz verringern.
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Optische Schäden an Spiegeln oder Beschichtungen, insbesondere bei hohen Leistungspegeln, was die Absorption und lokale Erwärmung erhöht und manchmal zu katastrophalen optischen Schäden führt.
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Materialgrenzflächenabbau innerhalb der aktiven Region, wo Atomdiffusion und thermische Spannungen die Quantentopfstrukturen abbauen, die für die Laseremission entscheidend sind.
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Alterung der Elektroden und Stromverdichtung, was zu ungleichmäßiger Stromeinspeisung und lokaler Überhitzung führt.
3. Kristallschaeden
Kristallschaeden bezieht sich auf physikalische Defekte und Schäden innerhalb der aktiven Region des Lasers oder der umgebenden Materialien. Diese Defekte umfassen:
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Die Bildung und Ausbreitung von Versetzungsnetzwerken, die die Elektron-Loch-Rekombination beeinträchtigen.
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Mikrorisse, die durch thermische Zyklen und mechanische Belastung entstehen.
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Diffusion von Verunreinigungen und Abbau von Heterostruktur-Grenzflächen, die eine effiziente Laserwirkung stören.
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Lokale "Brandflecken" auf optischen Oberflächen, die durch die Absorption von hochintensivem Licht verursacht werden, bekannt als katastrophale optische Schäden, die den Laser dauerhaft außer Betrieb setzen können.
4. Probleme mit dem Wärmemanagement
Wärme ist ein kritischer Feind grüner Laser. Ein schlechtes Wärmemanagement führt zu:
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Übermäßigen Temperaturerhöhungen, die Materialausdehnung und -belastung verursachen.
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