เลเซอร์โซลิดสเตทแบบใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสง ( DPSSL ) คือเลเซอร์โซลิดสเตทที่สร้างขึ้นโดยการกระตุ้นตัวกลางขยายสัญญาณที่เป็นของแข็งเช่นทับทิมหรือผลึกYAG ที่เจือ ด้วย นีโอไดเมียม ด้วย ได โอดเลเซอร์

เลเซอร์แบบ DPSSL มีข้อดีในด้านความกะทัดรัดและประสิทธิภาพเหนือกว่าเลเซอร์ประเภทอื่น ๆ และเลเซอร์ DPSSL กำลังสูงได้เข้ามาแทนที่เลเซอร์ไอออนและเลเซอร์ที่ใช้หลอดไฟแฟลชเป็นแหล่งกำเนิดแสงในงานวิทยาศาสตร์หลายด้าน และปัจจุบันกำลังพบเห็นได้ทั่วไปในเลเซอร์พอยเตอร์ สีเขียวและสีอื่น ๆ

ความยาวคลื่นของไดโอดเลเซอร์ถูกปรับแต่งโดยใช้ความร้อนเพื่อให้ได้จุดที่เหมาะสมที่สุดระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงในผลึกและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (พลังงานโฟตอนปั๊มที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้) เนื่องจากการสูญเสียพลังงานถูกจำกัดโดยเลนส์ความร้อนจึงทำให้มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าเมื่อเทียบกับ หลอดไฟปล่อยประจุความ เข้ม สูง

เลเซอร์กำลังสูงใช้ผลึกเดี่ยว แต่ไดโอดเลเซอร์จำนวนมากถูกจัดเรียงเป็นแถบ (ไดโอดหลายตัวอยู่ติดกันในแผ่นรองรับเดียวกัน) หรือเป็นชั้น (แผ่นรองรับหลายแผ่นซ้อนกัน) สามารถฉายภาพกริดไดโอดนี้ลงบนผลึกได้โดยใช้เลนส์ความสว่างที่สูงขึ้น (ซึ่งนำไปสู่ลักษณะลำแสงที่ดีขึ้นและอายุการใช้งานของไดโอดที่ยาวนานขึ้น) ทำได้โดยการกำจัดพื้นที่มืดระหว่างไดโอดออกไปทางแสง ซึ่งจำเป็นสำหรับการระบายความร้อนและการส่งกระแสไฟฟ้า กระบวนการนี้ทำได้สองขั้นตอน:

1. แกนเร็วจะถูกปรับให้เป็นแนวเดียวกันด้วยตะแกรงที่ประกอบด้วยเลนส์ขนาดเล็กทรงกระบอกเรียงตัวกัน
2. จากนั้นลำแสงที่ถูกปรับให้ขนานกันบางส่วนจะถูกส่งเข้าไปในผลึกด้วยขนาดที่เล็กลง ผลึกสามารถถูกกระตุ้น จาก แนวยาวจากทั้งสองด้าน หรือ จาก แนวขวางจากสามด้านขึ้นไปได้

ลำแสงจากไดโอดหลายตัวสามารถรวมกันได้โดยการเชื่อมต่อไดโอดแต่ละตัวเข้ากับใยแก้วนำแสงซึ่งวางไว้เหนือไดโอดอย่างแม่นยำ (แต่ด้านหลังเลนส์ขนาดเล็ก) ที่ปลายอีกด้านของกลุ่มใยแก้วนำแสง เส้นใยจะถูกหลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปทรงกลมที่สม่ำเสมอและไม่มีช่องว่างบนผลึก วิธีนี้ช่วยให้สามารถใช้แหล่งจ่ายไฟระยะไกลได้เช่นกัน

ไดโอดเลเซอร์กำลังสูงผลิตขึ้นเป็นแท่ง โดยมีไดโอดเลเซอร์แบบแถบเดี่ยวหลายตัวเรียงต่อกัน

โดยทั่วไปแล้วไดโอดแบบแถบเดี่ยวแต่ละตัวจะมีปริมาตรใช้งานดังนี้:

และขึ้นอยู่กับเทคนิคการระบายความร้อนสำหรับแท่งทั้งหมด (ระยะห่าง 100 ถึง 200 ไมโครเมตร) ถึงไดโอดเลเซอร์ตัวถัดไป

สามารถฉายภาพหน้าตัดด้านปลายของไดโอดตามแกนเร็วลงบนแถบที่มีความสูง 1 ไมโครเมตรได้ แต่สามารถฉายภาพหน้าตัดด้านปลายตามแกนช้าลงบนพื้นที่ที่เล็กกว่า 100 ไมโครเมตรได้ เนื่องจากค่าการเบี่ยงเบนที่น้อย (จึงเป็นที่มาของชื่อ 'แกนช้า') ซึ่งกำหนดโดยอัตราส่วนของความลึกต่อความกว้าง โดยใช้ตัวเลขข้างต้น สามารถฉายภาพแกนเร็วลงบนจุดที่มีความกว้าง 5 ไมโครเมตรได้

ดังนั้น เพื่อให้ได้ลำแสงที่มีการกระจายตัวเท่ากันทั้งสองแกน ปลายด้านหน้าของแท่งที่ประกอบด้วยไดโอดเลเซอร์ 5 ตัว สามารถฉายภาพโดยใช้เลนส์ทรงกระบอก (ทรงกระบอก) 4 ตัว ไปยังระนาบภาพที่มีจุด 5 จุด แต่ละจุดมีขนาด 5 มม. x 1 มม. ขนาดที่ใหญ่เช่นนี้จำเป็นสำหรับลำแสงที่มีการกระจายตัวต่ำ การกระจายตัวต่ำช่วยให้สามารถใช้เลนส์แบบพาราแอ็กเซียลได้ ซึ่งมีราคาถูกกว่า และใช้ในการสร้างไม่เพียงแต่จุด แต่ยังสร้างเอวลำแสงที่ยาวภายในผลึกเลเซอร์ (ความยาว = 50 มม.) ซึ่งจะถูกปั๊มผ่านปลายด้านหน้าของมัน

ในกรณีแบบพาราแอ็กเซียล การใช้กระจกทองหรือทองแดง หรือปริซึมแก้วเพื่อเรียงจุดต่างๆ ซ้อนกัน และสร้างลำแสงขนาด 5 x 5 มม. นั้นง่ายกว่ามาก เลนส์ทรงกลมคู่ที่สองจะสร้างภาพลำแสงสี่เหลี่ยมนี้ภายในผลึกเลเซอร์

ปริมาตรใช้งาน 0.001 มม. ^³ในไดโอดเลเซอร์สามารถทำให้ผลึกNd:YVO₄ _ขนาด 1250 มม. ^{³ อิ่มตัวได้}

เลเซอร์ DPSSL ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือเลเซอร์พอยเตอร์สีเขียวความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร โดยใช้เลเซอร์ไดโอดอินฟราเรดGaAlAsกำลังสูง (>200 มิลลิวัตต์ ) ความยาวคลื่น 808 นาโนเมตร เป็นแหล่งกำเนิดแสงให้กับ ผลึกนีโอไดเมียมเจือยิตเทรียมอะลูมิเนียม การ์เนต (Nd:YAG) หรือผลึกนีโอไดเมียมเจือยิตเทรียมออร์โธวาเน เดต (Nd:YVO4 ₎ซึ่งผลิตแสงความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร จากการเปลี่ยนสถานะสเปกตรัมหลักของไอออนนีโอไดเมียมจากนั้นแสงนี้จะถูกเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าโดยใช้ กระบวนการ ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นใน ผลึก KTPทำให้เกิดแสงความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร เลเซอร์ DPSSL สีเขียวมักมีประสิทธิภาพประมาณ 20% แม้ว่าเลเซอร์บางชนิดจะมีประสิทธิภาพสูงถึง 35% ก็ตาม กล่าวอีกนัยหนึ่ง เลเซอร์ DPSSL สีเขียวที่ใช้ไดโอดปั๊ม 2.5 วัตต์ จะให้แสงความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร กำลังประมาณ 500-900 มิลลิวัตต์

ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม Nd:YVO ₄มีประสิทธิภาพการแปลง 60% ^{[ 1 ]}ในขณะที่ KTP มีประสิทธิภาพการแปลง 80% ^{[ 2 ]}กล่าวอีกนัยหนึ่ง DPSSL สีเขียวสามารถมีประสิทธิภาพโดยรวมในทางทฤษฎีได้ถึง 48%

ในสภาวะที่มีกำลังส่งออกสูงมาก ผลึก KTP จะมีความเสี่ยงต่อความเสียหายทางแสง ดังนั้นเลเซอร์ DPSSL กำลังสูงจึงมักมีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงที่ใหญ่กว่า เนื่องจากเลเซอร์ 1064 นาโนเมตรจะขยายตัวก่อนที่จะถึงผลึก KTP ทำให้ความเข้มของแสงอินฟราเรดลดลง เพื่อรักษาเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงให้เล็กลง จึงมักใช้ผลึกที่มีความทนทานต่อความเสียหายสูงกว่า เช่นลิเธียมไตรโบเรต (LBO) แทน

เลเซอร์ DPSSL สีน้ำเงินใช้กระบวนการที่เกือบเหมือนกัน ยกเว้นว่าแสง 808 นาโนเมตรจะถูกแปลงโดยผลึก Nd:YAG ให้เป็นแสง 946 นาโนเมตร (โดยเลือกเส้นสเปกตรัมที่ไม่ใช่เส้นหลักของนีโอไดเมียมในผลึกที่เจือด้วย Nd เดียวกัน) จากนั้นจึงเพิ่มความถี่เป็น 473 นาโนเมตรโดย ผลึก เบตาแบเรียมโบเรต (BBO) หรือผลึก LBO เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีอัตราการขยายต่ำ เลเซอร์สีน้ำเงินจึงค่อนข้างอ่อน และมีประสิทธิภาพเพียงประมาณ 3-5% เท่านั้น ในช่วงปลายทศวรรษ 2000 มีการค้นพบว่า ผลึก บิสมัทไตรโบเรต (BiBO) มีประสิทธิภาพมากกว่า BBO หรือ LBO สำหรับการ ^{สร้าง}ฮาร์มอนิกที่สองในเลเซอร์แบบล็อกโหมด และไม่มีข้อเสียของการดูดความชื้น [ ^{3 ]}ซึ่งจะทำให้ผลึกเสื่อมสภาพหากสัมผัสกับความชื้น อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานเลเซอร์แบบต่อเนื่อง BiBO อาจแสดงความไม่เสถียรซึ่งทำให้ประสิทธิภาพลดลง^{[ 4 ]}

หลอดไฟ LED สีเหลืองแบบ DPSSL ใช้กระบวนการที่ซับซ้อนยิ่งกว่า: ใช้ไดโอดปั๊ม 808 นาโนเมตรเพื่อสร้างแสง 1,064 นาโนเมตรและ 1,342 นาโนเมตร ซึ่งจะถูกรวมกันแบบขนานเพื่อให้ได้แสง 593.5 นาโนเมตร เนื่องจากความซับซ้อนนี้ หลอดไฟ LED สีเหลืองแบบ DPSSL ส่วนใหญ่จึงมีประสิทธิภาพเพียงประมาณ 1% และโดยทั่วไปแล้วจะมีราคาสูงกว่าต่อหน่วยพลังงาน

อีกวิธีหนึ่งคือการสร้างแสง 1,064 และ 1,319 นาโนเมตร ซึ่งรวมกันได้ 589 นาโนเมตร^{[ 5 ]}กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากกว่า โดยพลังงานของไดโอดปั๊มประมาณ 3% ถูกแปลงเป็นแสงสีเหลือง^{[ 6 ]}

เลเซอร์ DPSSL และเลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์โซลิดสเตทสองประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ทั้งสองประเภทต่างก็มีข้อดีและข้อเสีย

โดยทั่วไป DPSSL มีคุณภาพลำแสงสูงกว่าและสามารถสร้างกำลังได้สูงมากในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพลำแสงที่ดีไว้ได้ เนื่องจากคริสตัลที่ถูกกระตุ้นด้วยไดโอดทำหน้าที่เป็นเลเซอร์ของตัวเอง คุณภาพของลำแสงขาออกจึงไม่ขึ้นอยู่กับคุณภาพของลำแสงขาเข้า ในทางเปรียบเทียบ เลเซอร์ไดโอดสามารถสร้างกำลังได้เพียงไม่กี่ร้อยมิลลิวัตต์เท่านั้น เว้นแต่จะทำงานในโหมดตามขวางหลายโหมด เลเซอร์หลายโหมดดังกล่าวมีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงที่ใหญ่กว่าและการกระจายตัวที่มากกว่า ซึ่งมักทำให้ไม่เป็นที่ต้องการ ในความเป็นจริง การทำงานในโหมดเดียวเป็นสิ่งจำเป็นในบางแอปพลิเคชัน เช่นไดรฟ์ออปติคอล^{[ 7 ]}

ในทางกลับกัน เลเซอร์ไดโอดมีราคาถูกกว่าและประหยัดพลังงานมากกว่า เนื่องจากผลึก DPSSL ไม่ได้มีประสิทธิภาพ 100% พลังงานบางส่วนจึงสูญเสียไปเมื่อมีการแปลงความถี่ นอกจากนี้ DPSSL ยังไวต่ออุณหภูมิมากกว่าและสามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมเฉพาะในช่วงแคบๆ เท่านั้น หากเกินกว่านั้น เลเซอร์จะประสบปัญหาด้านเสถียรภาพ เช่น การกระโดดไปมาระหว่างโหมดต่างๆ และความผันผวนอย่างมากของกำลังเอาต์พุต DPSSL ยังต้องการโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่าด้วย

นอกจากนี้ เลเซอร์ไดโอดยังสามารถปรับเปลี่ยนความถี่ได้อย่างแม่นยำกว่าเลเซอร์ DPSSL อีกด้วย

เลเซอร์โซลิดสเตทที่เจือด้วยนีโอดีเมียมยังคงเป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่ได้รับความนิยมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม การปั๊มโดยตรงที่ระดับเลเซอร์ Nd บนที่ 885 นาโนเมตร (แทนที่จะเป็นช่วง 808 นาโนเมตรที่กว้างกว่าแบบดั้งเดิม) มีศักยภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพผ่านการลดข้อบกพร่องควอนตัมของการเกิดเลเซอร์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ ลดความต้องการในการระบายความร้อน และช่วยให้สามารถเพิ่มกำลัง TEM00 ได้มากขึ้น เนื่องจากคุณสมบัติการดูดกลืนแสงที่แคบที่ 885 นาโนเมตรใน Nd:YAG ระบบบางระบบอาจได้รับประโยชน์จากการใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบไดโอดที่ล็อกความยาวคลื่น ซึ่งทำหน้าที่ในการทำให้สเปกตรัมการปล่อยแสงของปั๊มแคบลงและมีเสถียรภาพเพื่อให้สอดคล้องกับคุณสมบัติการดูดกลืนแสงนี้อย่างใกล้ชิด จนถึงปัจจุบัน แผนการล็อกเลเซอร์ไดโอดกำลังสูง เช่น ตะแกรงแบร็กแบบกระจายฟีดแบ็กภายในและเลนส์ตะแกรงโฮโลแกรมปริมาตรที่จัดเรียงภายนอก (VHG) ยังไม่ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายเนื่องจากต้นทุนที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพที่คาดว่าจะลดลงของเทคโนโลยี อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดในการผลิตแหล่งกำเนิดปั๊มไดโอดที่เสถียรซึ่งใช้การล็อกความยาวคลื่นภายนอกในปัจจุบันทำให้คุณสมบัติสเปกตรัมดีขึ้นโดยแทบไม่มีผลกระทบต่อกำลังและประสิทธิภาพ^{[ 8 ]} ข้อดีของแนวทางนี้ได้แก่ การปรับปรุงประสิทธิภาพของเลเซอร์ ความกว้างของเส้นสเปกตรัม และประสิทธิภาพการปั๊ม

• คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเลเซอร์ของแซม