Un diodo laser ad alta potenza è un laser che produce fasci di luce ad alta potenza utilizzando un semiconduttore come mezzo di guadagno del laser. La potenza di un laser, misurata in unità chiamate watt, è la velocità con cui il laser converte l’energia. Alta potenza non è un termine definito con precisione e il suo significato varia a seconda del tipo di laser e dell’applicazione del laser, ma un diodo laser ad alta potenza è solitamente un laser con un’uscita in watt o kilowatt (kW), distinguendolo dai diodi laser della gamma milliwatt utilizzati per applicazioni come puntatori laser e lettori di dischi ottici. I diodi laser ad alta potenza sono utilizzati per applicazioni industriali come il riscaldamento e la saldatura e vengono anche utilizzati per pompare otticamente laser a stato solido ad alta potenza.
Un diodo laser produce un raggio di luce pompando energia sotto forma di elettricità in un semiconduttore, che funge da mezzo di guadagno laser. Il semiconduttore è solitamente composto da sostanze come il fosfuro di indio (InP) o composti di gallio come il nitruro di gallio (GaN) e l’arseniuro di gallio (GaAs). L’elettricità aumenta temporaneamente il livello di energia degli elettroni del semiconduttore e quando tornano al loro livello originale l’energia viene emessa sotto forma di fotoni, che vengono poi focalizzati in un raggio. I diodi laser sono spesso raggruppati in matrici di singoli emettitori laser affiancati chiamati barre di diodi, che a loro volta sono a loro volta ulteriormente combinati in una matrice bidimensionale chiamata pila di diodi.
La potenza è l’energia prodotta nel tempo, con il watt definito come un joule di energia al secondo. La potenza di un laser può riferirsi al numero massimo di watt che può produrre durante un breve impulso, chiamato potenza di picco, o al numero medio di watt che può emettere in un periodo prolungato, chiamato potenza media. I laser affrontano un compromesso tra potenza del raggio e qualità del raggio, che si riferisce a quanto è focalizzato il raggio. Ciò influisce sulla precisione del raggio e sulla capacità di fornire energia focalizzata a distanze maggiori. La qualità del raggio può essere migliorata attraverso varie caratteristiche di progettazione del laser, ma i laser più potenti hanno una qualità del raggio inferiore rispetto ai laser meno potenti, a parità di altre condizioni.
Un diodo laser ad alta potenza di solito ha una qualità del raggio relativamente scarsa e produce un raggio con un’elevata divergenza, il che significa che i fotoni nel raggio si diffondono rapidamente mentre viaggiano in avanti. Di conseguenza, sono più comunemente utilizzati per applicazioni che possono essere eseguite a corto raggio e non richiedono estrema precisione. I diodi laser ad alta potenza sono comunemente usati nell’industria per scopi quali saldatura, saldatura e trattamento termico.
Un diodo laser ad alta potenza può essere utilizzato anche come pompa ottica, una sorgente luminosa che alimenta altri laser. In un laser a stato solido pompato a diodi, un diodo laser ad alta potenza spara un raggio di luce nel mezzo di guadagno del laser a stato solido. Il mezzo di guadagno allo stato solido è solitamente un materiale di vetro o cristallino, come corindone o granato di ittrio e alluminio drogato con ioni metallici. La luce del laser a diodi eccita il mezzo di guadagno a stato solido, che a sua volta inizia a produrre luce che può essere focalizzata in un raggio con una qualità del raggio superiore a quella che un diodo laser ad alta potenza potrebbe produrre da solo.