I laser verdi sono comunemente utilizzati in varie applicazioni, dalla ricerca scientifica alla lavorazione industriale e all'elettronica di consumo. Nonostante il loro ampio utilizzo e i vantaggi, i laser verdi affrontano diverse sfide di guasto che possono influire sulle loro prestazioni e sulla durata. Comprendere queste modalità di guasto e le loro cause sottostanti è essenziale per ingegneri e utenti che desiderano massimizzare l'affidabilità e l'efficienza dei dispositivi laser.
1. Salto di modo (Mode Hopping)
Il salto di modo si verifica quando la frequenza di uscita del laser salta improvvisamente tra diverse modalità risonanti all'interno della cavità laser. Questa instabilità porta a fluttuazioni nella lunghezza d'onda e nella potenza di uscita del laser, che possono influire gravemente sulle applicazioni che richiedono luce precisa e stabile.
I principali fattori scatenanti del salto di modo includono variazioni di temperatura, vibrazioni meccaniche e variazioni nella corrente di iniezione. Anche lievi variazioni nella lunghezza della cavità o nell'indice di rifrazione alterano la condizione di risonanza, causando il passaggio del laser a modalità imprevedibili. La gestione della stabilità termica e la minimizzazione delle sollecitazioni meccaniche possono aiutare a ridurre questo problema.
2. Degradazione della potenza
La degradazione della potenza si manifesta come una diminuzione graduale della potenza di uscita e un aumento della corrente di soglia del laser. Diversi fattori contribuiscono a questo calo, tra cui:
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Formazione e crescita di difetti all'interno del cristallo laser, come dislocazioni e difetti puntiformi oscuri, che aumentano la ricombinazione non radiativa e riducono l'efficienza.
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Danneggiamento ottico su specchi o rivestimenti, specialmente ad alti livelli di potenza, che aumenta l'assorbimento e il riscaldamento localizzato, a volte portando a danni ottici catastrofici.
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Degradazione dell'interfaccia del materiale all'interno della regione attiva, dove la diffusione atomica e le sollecitazioni termiche degradano le strutture a pozzo quantistico cruciali per l'emissione laser.
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Invecchiamento degli elettrodi e affollamento di corrente, con conseguente iniezione di corrente non uniforme e surriscaldamento localizzato.
3. Danno al cristallo
Il danno al cristallo si riferisce a difetti fisici e danni all'interno della regione attiva del laser o dei materiali circostanti. Questi difetti includono:
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La formazione e la propagazione di reti di dislocazione che compromettono la ricombinazione elettrone-lacuna.
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Micro-fessurazioni generate da cicli termici e sollecitazioni meccaniche.
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Diffusione di impurità e degradazione delle interfacce eterostrutturali che interrompono l'azione laser efficiente.
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Punti di "bruciatura" localizzati sulle superfici ottiche causati dall'assorbimento di luce ad alta intensità, noti come danni ottici catastrofici, che possono disabilitare permanentemente il laser.
4. Problemi di gestione termica
Il calore è un nemico critico dei laser verdi. Una scarsa gestione termica porta a:
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Aumenti eccessivi di temperatura che causano espansione e sollecitazioni del materiale.
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