Безотосный В.В. Полупроводниковые лазеры - продукт и инструмент высоких технологий

В.В.Безотосный, О.Н.Крохин, Ю.М.Попов, Е.А.Чешев, ФИАН.
victorbe@sci.lebedev.ru

Полупроводниковые лазеры являются одним из наиболее значительных изобретений человечества. Массовое применение этих компактных, высокоэффективных, недорогих и высокоскоростных источников когерентного излучения в качестве ключевого элемента оптических систем передачи и хранения информации (CD, DVD диски) обеспечивает надёжную работу глобального информационного пространства, включающего телекоммуникации, доступ к онлайн - ресурсам крупнейших библиотек, сокровищам мировой науки и культуры, базам данных по всем разделам жизнедеятельности нашей цивилизации.

На протяжении первого десятилетия XXI века полупроводниковые лазеры преодолели важный барьер - их выходная мощность и срок службы были кардинально увеличены за счет внедрения ряда высоких технологий на всех этапах их изготовления. Благодаря этому нарастает скорость внедрения полупроводниковых лазеров и мощных систем на их основе в технологиях обработки материалов. Основные применения - сварка кузовов автомобилей, ж/д вагонов, морских и речных судов, металлоконструкций, резка, упрочнение материалов, лазерная очистка и модификация поверхности. С использованием модулей мощных лазерных диодов в ряде стран ведутся работы по разделению изотопов и созданию энергетических установок для управляемого лазерного термоядерного синтеза.

Немалую роль эти лазеры играют и в оборонных проектах. Расширяются сферы применения полупроводниковых лазеров и различных типов твердотельных лазеров с диодной накачкой (с продольной и поперечной накачкой, волоконные, дисковые и.т.д.) в медицине и микробиологии. Лазерные скальпели и лазерные коагуляторы начинают широко применяться в хирургии, в косметологии, лазерные диоды применяются в установках оптической томографии, в лазерных пинцетах для манипулирования нанообъектами и.т.д. Полупроводниковые лазеры нашли применение в травматологии, при лечении ожогов, суставов, кожных и глазных болезней, лазерная терапия подтвердила свою эффективность при лечении воспалительных и инфекционных заболеваний тканей и органов.
В ФИАНе мы сосредоточили работу на финишных операциях изготовления мощных лазерных диодов, поскольку в России технологии монтажа кристаллов мощных лазерных диодов, сертификация параметров и ресурсные испытания являются наиболее узкими местами при изготовлении лазерных диодов и линеек лазерных диодов, в то же время эти операции составляют их основную стоимость.

Указанные технологии являются весьма сложными и дорогостоящими и во многом определяют все основные выходные характеристики готовых приборов (мощность излучения, К.П.Д, спектральные параметры излучения, надёжность, срок службы).

Собраны несколько опытных партий мощных лазерных диодов, проведен цикл измерений выходных параметров, ресурсные испытания и анализ причин отказов деградировавших образцов.

На наиболее важной для применений длине волны 808 нм несколько образцов одиночных лазерных диодов многократно показали максимальную выходную мощность 25-27 Вт в непрерывном режиме при комнатной температуре. Применение изготовленных мощных лазерных диодов при накачке твердотельного лазера Nd:YLF позволило повысить выходную энергию в импульсе до 0.5 мДж. при частоте следования 2 кГц. Разработанные непрерывные твердотельные лазеры с накачкой лазерными диодами, работающие на длине волны 530 нм (генерация второй гармоники) используются в медицинском терапевтическом комплексе для косметологии и лечения онкологических заболеваний Импульсный твердотельный лазер с накачкой на основе изготовленных диодных лазеров используется в установках подгонки элементов печатных плат микроэлектроники, проводится его модификация для использования в разрабатываемой установке предназначенной для выполнении комплекса исследований по наноразмерной обработке поверхностей твердых тел.

Расчеты и экспериментальные результаты, полученные в лабораторных условиях показывают, что параметры полупроводниковых лазеров и систем на их основе будут неуклонно расти, охватывая новые области практического применения.

Имеются несомненные основания считать, что при соответствующей организации работ (новейшее оборудование, помещения высокой степени чистоты) и наличии большого научного задела в этой области в ФИАНе и ФТИ, (Ленинские и. Государственные премии) имеются все предпосылки для вывода России на ведущие позиции по научно-техническим достижениям и коммерческому выпуску продукции, связанной с полупроводниковыми лазерами.

К списку тезисов конференции