Am atá caite agus todhchaí léasair leathsheoltóra ardchumhachta

De réir mar a leanann éifeachtúlacht agus cumhacht ag méadú, leanfaidh dé-óidí léasair ag athsholáthar teicneolaíochtaí traidisiúnta, ag athrú an chaoi a láimhseáiltear rudaí, agus ag spreagadh breith rudaí nua.
Go traidisiúnta, creideann eacnamaithe gur próiseas de réir a chéile é dul chun cinn teicneolaíochta. Le déanaí, dhírigh an tionscal níos mó ar nuálaíocht suaiteach a d’fhéadfadh a bheith ina chúis le neamhleanúnachas. Is éard atá sna nuálaíochtaí seo, ar a dtugtar teicneolaíochtaí ilchuspóra (GPTanna), "smaointe nó teicneolaíochtaí nua domhain a bhféadfadh tionchar mór a bheith acu ar go leor gnéithe den gheilleagar." De ghnáth tógann sé blianta fada an teicneolaíocht ghinearálta a fhorbairt, agus níos faide fós beidh méadú ar tháirgiúlacht. Ar dtús, níor tuigeadh go maith iad. Fiú amháin tar éis an teicneolaíocht a thráchtálú, bhí moill fhadtéarmach ann maidir le glacadh táirgeachta. Is sampla maith iad ciorcaid chomhtháite. Tugadh trasraitheoirí isteach den chéad uair go luath sa 20ú haois, ach úsáideadh go forleathan iad go dtí go déanach sa tráthnóna.
Thuar duine de bhunaitheoirí Dlí Moore, Gordon Moore, i 1965 go bhforbróidh leathsheoltóirí ar ráta níos gasta, "ag tabhairt tóir na leictreonaice agus ag brú na heolaíochta seo i go leor réimsí nua." In ainneoin a thuar trom agus gan choinne cruinn, tá feabhas mór tagtha air le blianta fada sular bhain sé táirgiúlacht agus fás eacnamaíoch amach.
Ar an gcaoi chéanna, tá an tuiscint ar fhorbairt dhrámatúil léasair leathsheoltóra ardchumhachta teoranta. I 1962, léirigh an tionscal den chéad uair tiontú leictreon go léasair, agus roinnt dul chun cinn ina dhiaidh sin as ar tháinig feabhas suntasach ar thiontú leictreon go próisis léasair ard-toraidh. Is féidir leis na feabhsuithe seo tacú le raon feidhmchlár tábhachtach, lena n-áirítear stóráil optúil, líonrú optúil, agus raon leathan feidhmchlár tionsclaíoch.
Ag meabhrú dóibh na forbairtí seo agus na feabhsuithe iomadúla a thug siad chun solais, tarraingíodh aird ar an bhféidearthacht go mbeadh tionchar níos forleithne agus níos forleithne ar go leor gnéithe den gheilleagar. Déanta na fírinne, le feabhsú leanúnach léasair leathsheoltóra ardchumhachta, méadóidh scóip na bhfeidhmchlár tábhachtach agus beidh tionchar as cuimse acu ar fhás eacnamaíoch.
Stair léasair leathsheoltóra ardchumhachta
Ar 16 Meán Fómhair, 1962, léirigh foireann faoi cheannas Robert Electric General Electric astaíocht infridhearg leathsheoltóirí galium arsenide (GaAs), a bhfuil patrúin trasnaíochta “aisteach” acu, rud a chiallaíonn comhleanúnachas Laser - breith an chéad léasair leathsheoltóra. Chreid Hall i dtosach gur “lámhaigh fhada” a bhí sa léasar leathsheoltóra toisc go raibh na dé-óidí astaithe solais ag an am an-mí-éifeachtach. Ag an am céanna, bhí sé amhrasach faoi seo freisin toisc go dteastaíonn "scáthán mín" ar an léasar a dearbhaíodh dhá bhliain ó shin agus atá ann cheana féin.
I samhradh na bliana 1962, dúirt Halle gur chuir na dé-óidí astaithe solais GaAs níos éifeachtaí a d’fhorbair Saotharlann MIT Lincoln iontas air. Ina dhiaidh sin, dúirt sé go raibh an t-ádh air tástáil a dhéanamh le roinnt ábhar GaAs ar ardchaighdeán agus d’úsáid sé a thaithí mar réalteolaí amaitéarach chun bealach a fhorbairt chun imill sceallóga GaAs a snasú chun cuas a dhéanamh.
Tá taispeántas rathúil Hall bunaithe ar dhearadh preabanna radaíochta anonn is anall ag an gcomhéadan seachas preab ingearach. Dúirt sé go measartha nár tharla aon duine "teacht suas leis an smaoineamh seo." Déanta na fírinne, is comhtharlú an-ádh é dearadh Hall go bhfuil sé de mhaoin ag an ábhar leathsheoltóra atá ag cruthú an tonnfhaid iompróirí bipolar a theorannú ag an am céanna. Seachas sin, tá sé dodhéanta léasair leathsheoltóra a bhaint amach. Trí ábhair leathsheoltóra neamhionanna a úsáid, is féidir tonnfhada leac a fhoirmiú chun fótóin a fhorluí le hiompróirí.
Ba mhór an dul chun cinn iad na réamhthaispeántais seo ag General Electric. Mar sin féin, tá na léasair seo i bhfad ó ghléasanna praiticiúla. D’fhonn breith léasair leathsheoltóra ardchumhachta a chur chun cinn, caithfear comhleá teicneolaíochtaí éagsúla a bhaint amach. Cuireadh tús le nuálaíochtaí lárnacha teicneolaíochta le tuiscint ar ábhair dhíreacha leathsheoltóra bandap agus teicnící fáis criostail.
I measc na bhforbairtí níos déanaí bhí aireagán léasair ilchineálachta dúbailte agus forbairt léasair tobair chandamach ina dhiaidh sin. Is í an eochair chun na croítheicneolaíochtaí seo a fheabhsú tuilleadh ná éifeachtúlacht a fheabhsú agus forbairt cuas cuas, diomailt teasa agus teicneolaíocht phacáistithe.
Gile
Tá feabhsúcháin spreagúla tagtha ar an nuálaíocht le cúpla scór bliain anuas. Tá an feabhsú gile ar fheabhas go háirithe. I 1985, bhí an léasair leathsheoltóra ardchumhachta úrscothach in ann 105 milliút cumhachta a chúpláil i snáithín croí 105 micron. Is féidir leis na léasair leathsheoltóra ardchumhachta is úire anois níos mó ná 250 vata de shnáithín 105-micron a tháirgeadh le tonnfhad amháin - méadú 10 n-uaire gach ocht mbliana.

Cheap Moore “níos mó comhpháirteanna a shocrú don chiorcad comhtháite” - ansin, tháinig méadú 10 n-uaire gach 7 mbliana ar líon na trasraitheoirí in aghaidh an tslis. De réir a chéile, ionchorpraíonn léasair leathsheoltóra ardchumhachta níos mó fótón sa snáithín ag rátaí easpónantúla comhchosúla (féach Fíor 1).

Fíor 1. Gile léasair leathsheoltóra ardchumhachta agus comparáid le dlí Moore
Chuir an feabhas ar ghile léasair leathsheoltóra ardchumhachta forbairt teicneolaíochtaí éagsúla gan choinne chun cinn. Cé go dteastaíonn níos mó nuálaíochta chun an treocht seo a leanúint, tá cúis ann chun a chreidiúint go bhfuil nuálaíocht na teicneolaíochta léasair leathsheoltóra i bhfad ó bheith críochnaithe. Féadann an fhisic aitheanta feidhmíocht léasair leathsheoltóra a fheabhsú tuilleadh trí fhorbairt theicneolaíoch leanúnach.
Mar shampla, is féidir le meáin ghnóthachain ponc chandamach éifeachtúlacht a mhéadú go suntasach i gcomparáid le gairis tobair chandamach reatha. Tugann gile ais mall ord eile d’acmhainn feabhsúcháin méide. Soláthróidh ábhair phacáistithe nua le meaitseáil theirmeach agus leathnú níos fearr na feabhsuithe is gá chun coigeartú leanúnach cumhachta agus bainistíocht theirmeach simplithe. Soláthróidh na príomhfhorbairtí seo treochlár d’fhorbairt léasair leathsheoltóra ardchumhachta sna blianta amach romhainn.
Léasair staid sholad-phumpáilte dé-óid-phumpáilte
Mar gheall ar fheabhsuithe ar léasair leathsheoltóra ardchumhachta tá forbairt teicneolaíochtaí léasair iartheachtacha indéanta; sna teicneolaíochtaí léasair iartheachtacha, úsáidtear léasair leathsheoltóra chun criostail dhópáilte (léasair staid sholad-phumpáilte le dé-óid) nó snáithíní dópáilte (léasair snáithín) a spreagadh.
Cé go soláthraíonn léasair leathsheoltóra fuinneamh léasair ardéifeachtúlachta ar chostas íseal, tá dhá phríomhtheorainn ann: ní stórálann siad fuinneamh agus tá a ngile teoranta. Go bunúsach is gá an dá léasar seo a úsáid le haghaidh go leor feidhmchlár: ceann chun leictreachas a thiontú ina astaíochtaí léasair agus an ceann eile chun gile an astaíochta léasair a fheabhsú.
Léasair staid sholad-phumpáilte dé-óid. Ag deireadh na 1980idí, thosaigh tóir ar úsáid léasair leathsheoltóra chun léasair stáit sholadaigh a phumpáil in iarratais tráchtála. Laghdaíonn léasair stáit sholadacha caidéalaithe dé-óid (DPSSL) méid agus castacht na gcóras bainistíochta teirmeach (fuaraitheoirí athchúrsála den chuid is mó) agus faightear modúil a bhfuil lampaí stua le chéile go stairiúil chun criostail léasair stáit sholadaigh a phumpáil.
Roghnaítear tonnfhaid na léasar leathsheoltóra bunaithe ar a bhforluí le hairíonna ionsú speictrim an mheáin ghnóthachain léasair staid sholadaigh; laghdaítear an t-ualach teasa go mór i gcomparáid le speictream astaíochtaí leathanbhanda an lampa stua. Mar gheall ar an tóir a bhí ar léasair 1064 nm gearmáiniam-bhunaithe, tá an tonnfhad caidéil 808 nm ar an tonnfhad is mó i léasair leathsheoltóra le breis agus 20 bliain.
Leis an méadú ar ghile na léasar leathsheoltóra ilmhód agus an cumas leithead na líne astaire caol a chobhsú le gratálacha Bragg toirt (VBGanna) i lár 2000, baineadh amach an dara glúin d’éifeachtúlacht caidéalaithe dé-óid feabhsaithe. Tá na gnéithe ionsúcháin is laige agus cúng ó thaobh amhairc de timpeall 880 nm ina spotaí te le haghaidh dé-óid caidéil ard-ghile. Is féidir leis na dé-óidí seo cobhsaíocht speictrim a bhaint amach. Féadann na léasair ardfheidhmíochta seo leibhéal uachtarach 4F3 / 2 an léasair a spreagadh go díreach i sileacain, ag laghdú lochtanna chandamach, agus ar an gcaoi sin eastóscadh modhanna bunúsacha ar an meán níos airde a bheadh ​​teoranta murach lionsaí teirmeacha.
Faoi thús 2010, chonaiceamar treocht scálaithe ardchumhachta an léasair aon-thras-mhodh 1064nm agus na sraitheanna gaolmhara de léasar tiontaithe minicíochta a oibríonn sna bandaí infheicthe agus ultraivialait. Mar gheall ar shaolré stáit ardfhuinnimh níos faide Nd: YAG agus Nd: YVO4, soláthraíonn na hoibríochtaí lasctha DPSSL Q seo fuinneamh cuisle ard agus buaicchumhacht, rud a fhágann go bhfuil siad an-oiriúnach do phróiseáil ábhar abútach agus d’iarratais micromachining ardchruinneas.
léasair snáithín-snáthoptaice. Soláthraíonn léasair snáithín bealach níos éifeachtaí chun gile léasair leathsheoltóra ardchumhachta a thiontú. Cé gur féidir le optics ilphléacsáilte tonnfhaid léasar leathsheoltóra soilsithe réasúnta íseal a thiontú ina léasar leathsheoltóra níos gile, tá sé seo ar chostas leithead speictrim méadaithe agus castacht optomechanical. Taispeánadh go bhfuil léasair snáithín an-éifeachtach maidir le tiontú fótaiméadrach.
Baineann na snáithíní cumhdaigh dúbailte a tugadh isteach sna 1990idí úsáid as snáithíní aonmhód timpeallaithe ag cumhdach ilmhód, rud a fhágann gur féidir léasair phumpáilte leathsheoltóra ilmhódacha ardchumhachta a instealladh go héifeachtach isteach sa snáithín, ag cruthú bealach níos eacnamaíche chun léasair leathsheoltóra ardchumhachta isteach i léasar níos gile. Maidir le snáithíní dópáilte ytterbium (Yb), spreagann an caidéal ionsú leathan dírithe ar 915 nm nó gné banda caol timpeall 976 nm. De réir mar a théann tonnfhad an chaidéil i bhfeidhm ar thonnfhad léasaithe an léasair snáithín, laghdaítear lochtanna chandamach mar a thugtar orthu, agus ar an gcaoi sin éifeachtúlacht a uasmhéadú agus an méid diomailt teasa a íoslaghdú.
Tá léasair shnáithíneacha agus léasair staid sholad pumpáilte dé-óid ag brath ar fheabhsuithe ar ghile léasair dé-óid. Go ginearálta, de réir mar a leanann gile na léasar dé-óid ag feabhsú, tá cion na cumhachta léasair a phumpálann siad ag méadú freisin. Éascaíonn gile méadaithe léasair leathsheoltóra tiontú gile níos éifeachtaí.
Mar a bheimis ag súil leis, beidh gile spásúil agus speictrim riachtanach do chórais amach anseo, rud a chuirfidh ar chumas caidéalú locht chandamach íseal le tréithe ionsúcháin cúng i léasair stáit sholadacha agus ilphléacsú tonnfhaid dlúth d’fheidhmchláir léasair leathsheoltóra dhíreacha. Éiríonn an plean indéanta.
Margadh agus Feidhm
Tá go leor feidhmchlár tábhachtach indéanta mar gheall ar léasair leathsheoltóra ardchumhachta a fhorbairt. Tá go leor teicneolaíochtaí traidisiúnta curtha in ionad na léasair seo agus tá catagóirí nua táirgí curtha i bhfeidhm acu.
Le méadú 10 n-uaire ar chostas agus ar fheidhmíocht in aghaidh na ndeich mbliana, cuireann léasair leathsheoltóra ardchumhachta isteach ar ghnáthoibriú an mhargaidh ar bhealaí nach féidir a thuar. Cé go bhfuil sé deacair iarratais sa todhchaí a thuar go cruinn, tá sé an-suntasach athbhreithniú a dhéanamh ar stair fhorbartha na dtrí scór bliain anuas agus féidearthachtaí creata a sholáthar d’fhorbairt na ndeich mbliana atá romhainn (féach Fíor 2).

Fíor 2. Feidhm bhreosla gile léasair leathsheoltóra ardchumhachta (costas caighdeánaithe in aghaidh an ghile bhata)
1980í: Stóráil optúil agus feidhmchláir tosaigh nideoige. Is é stóráil optúil an chéad fheidhmchlár ar mhórscála sa tionscal léasair leathsheoltóra. Go gairid tar éis do Hall an léasar leathsheoltóra infridhearg a thaispeáint ar dtús, léirigh General Electrics Nick Holonyak an chéad léasar leathsheoltóra dearg infheicthe. Fiche bliain ina dhiaidh sin, tugadh dlúthdhioscaí (CDanna) isteach ar an margadh, agus an margadh stórála optúla ina dhiaidh sin.
Mar thoradh ar nuálaíocht leanúnach na teicneolaíochta léasair leathsheoltóra d’fhorbair teicneolaíochtaí stórála optúla mar dhiosca ildánach digiteach (DVD) agus Diosca Blu-ray (BD). Is é seo an chéad mhargadh mór do léasair leathsheoltóra, ach go ginearálta teorannaíonn leibhéil chumhachta measartha feidhmchláir eile chuig margaí nideoige réasúnta beag mar phriontáil theirmeach, feidhmchláir leighis, agus feidhmchláir roghnaithe aeraspáis agus cosanta.
Na 1990idí: Tá líonraí optúla i réim. Sna 1990idí, tháinig léasair leathsheoltóra an eochair do líonraí cumarsáide. Úsáidtear léasair leathsheoltóra chun comharthaí a tharchur thar líonraí snáthoptaice, ach tá léasair caidéil aonmhód cumhachta níos airde do aimplitheoirí optúla ríthábhachtach chun scála na líonraí optúla a bhaint amach agus chun tacú go fírinneach le fás sonraí Idirlín.
Tá borradh an tionscail teileachumarsáide a thug sé fairsing, ag glacadh Labs Dé-óid Spectra (SDL), ceann de na chéad cheannródaithe sa tionscal léasair leathsheoltóra ardchumhachta mar shampla. Bunaithe i 1983, is comhfhiontar é SDL idir brandaí léasair Ghrúpa Bhaile Uí Fhiacháin Spectra-Physics agus Xerox. Seoladh é i 1995 le caipitliú margaidh de thart ar $ 100 milliún. Cúig bliana ina dhiaidh sin, díoladh SDL le JDSU ar feadh níos mó ná $ 40 billiún le linn bhuaic an tionscail teileachumarsáide, ceann de na héadálacha teicneolaíochta is mó sa stair. Go luath ina dhiaidh sin, phléasc an mboilgeog teileachumarsáide agus scrios trilliúin dollar caipitil, a fheictear anois mar an mboilgeog is mó sa stair.
2000í: Tháinig léasair chun bheith ina uirlis. Cé go bhfuil pléasctha mboilgeog an mhargaidh teileachumarsáide an-millteach, leag an infheistíocht ollmhór i léasair leathsheoltóra ardchumhachta an bunús le haghaidh glacadh níos leithne. De réir mar a mhéadaíonn feidhmíocht agus costas, tá na léasair seo ag tosú ag athsholáthar léasair gháis thraidisiúnta nó foinsí tiontaithe fuinnimh eile i bpróisis éagsúla.
Is uirlis a úsáidtear go forleathan iad léasair leathsheoltóra. Cuimsíonn feidhmchláir thionsclaíocha ó phróisis déantúsaíochta traidisiúnta mar ghearradh agus sádráil go hardteicneolaíochtaí déantúsaíochta nua mar mhonarú breiseán páirteanna miotail chlóite 3D. Tá feidhmchláir micrea-déantúsaíochta níos éagsúla, toisc go ndearnadh tráchtálú ar phríomhtháirgí mar fhóin chliste leis na léasair seo. Tá raon leathan feidhmchlár criticiúil misin i gceist le feidhmchláir aeraspáis agus cosanta agus is dócha go n-áireoidh siad córais treorach fuinnimh na chéad ghlúine eile sa todhchaí.
chun achoimre
Níos mó ná 50 bliain ó shin, níor mhol Moore dlí bunúsach nua fisice, ach rinne sé feabhsuithe móra ar na ciorcaid chomhtháite a ndearnadh staidéar orthu den chéad uair deich mbliana ó shin. Mhair a thuar ar feadh blianta fada agus thug sé sraith nuálaíochtaí suaiteacha a bhí dochreidte i 1965.
Nuair a léirigh Hall léasair leathsheoltóra níos mó ná 50 bliain ó shin, spreag sé réabhlóid theicneolaíoch. Mar is amhlaidh le Dlí Moore, ní féidir le duine ar bith an fhorbairt ardluais a thuar go ndéanfar léasair leathsheoltóra ard-déine a bhainfidh líon mór nuálaíochtaí amach ina dhiaidh sin.
Níl aon riail bhunúsach san fhisic chun na feabhsuithe teicneolaíochta seo a rialú, ach d’fhéadfadh dul chun cinn teicneolaíochta leanúnach an léasar a chur chun cinn i dtéarmaí gile. Leanfaidh an treocht seo de theicneolaíochtaí traidisiúnta a athsholáthar, agus ar an gcaoi sin an bealach a fhorbrófar rudaí a athrú tuilleadh. Níos tábhachtaí d’fhás eacnamaíoch, cuirfidh léasair leathsheoltóra ardchumhachta breith rudaí nua chun cinn.