Що таке твердотільні лазери?

Твердотільні лазерице лазер, світловипромінюючим середовищем якого є твердий матеріал, як правило, кристал або скло, леговане іонами рідкоземельних або перехідних металів, а не рідина чи газ.

Твердотільні лазери випромінюють лазерне світло в широкому діапазоні довжин хвиль, від ультрафіолетового (УФ) до інфрачервоного (ІЧ), залежно від вибору легуючої домішки та складу кристала чи скла. Вихідна потужність може коливатися від міліват (мВт) до кількох ват (Вт) або навіть вище, залежно від конкретної конструкції лазера, середовища підсилення та механізму накачування.

Твердотільні лазери в основному складаються з двох частин: твердого основного матеріалу та активних іонів, легованих основним матеріалом. Активні іони повинні мати специфічні властивості, такі як різкі лінії флуоресценції, широкі смуги поглинання та високу квантову ефективність на бажаній довжині хвилі. З іншого боку, основний матеріал повинен мати такі властивості, як міцність, стійкість до руйнування, висока теплопровідність і оптична якість.

Після легування рідкісноземельними іонами як скло, так і кристалічні матеріали виявляють бажані властивості. Відповідні основні матеріали включають силікатне скло, фосфатне скло та різні кристалічні матеріали, такі як гранат, алюмінат, оксид металу, фторид, молібдат, вольфрамат тощо. Часто використовувані активні іони також включають рідкоземельні іони, такі як неодим, ербій і гольмій. як перехідні метали, такі як хром, титан і нікель.

Деякі відомі твердотільні лазери включають рубінові лазери, Nd:YAG лазери, лазери на Nd:склі, Nd:Cr:GSGG лазери, лазери на Er:склі, олександритові лазери та титан:сапфірові лазери.

Твердотільні лазери можуть працювати або в режимі безперервної хвилі (CW), який створює безперервний лазерний вихід, або в імпульсному режимі, який створює короткі імпульси високопотужного лазерного світла.

Конструкція твердотільних лазерів

Щоб зробити твердотільний лазер, лазерний стрижень потрібно встановити біля дугової лампи або спалаху. Трубка лампи підключена до джерела живлення. Лазерний стрижень і трубка лампи розташовані паралельно, оточені відбивачем. На обох кінцях лазерного резонатора розташовані дзеркало з високим відбивним відображенням і вихідний сполучник. Для видалення надлишкового тепла лазер охолоджується за допомогою циркуляційної системи, зазвичай за допомогою охолоджуючої води або суміші гліколю.

Енергетична діаграма твердотільного лазера
Активним середовищем, яке використовують твердотільні лазери, є твердий матеріал. Як правило, усі твердотільні матеріали піддаються оптичному накачуванню, тобто джерело світла використовується як джерело енергії та подається на середовище посилення. Після поглинання енергії накачування електрони в середовищі посилення збуджуються до більш високого енергетичного рівня. У збудженому стані деякі електрони перескакують з вищого рівня енергії на певний рівень енергії, який можна перенести.

Порівняно з іншими збудженими станами, час життя перехідного стану довший, тому він може зберігати та накопичувати енергію. Коли електрон у перехідному стані повертається до основного стану, вивільняється фотон із певною енергією та довжиною хвилі. Цей процес називається стимульованим випромінюванням і створює когерентне світло.

Згенеровані фотони багаторазово відбиваються між дзеркалами або іншими відбиваючими елементами в лазерному резонаторі. Цей механізм зворотного зв’язку підсилює стимульоване випромінювання та створює інтенсивний лазерний промінь. Посилений частковий промінь виходить через один із часткових відбивачів, утворюючи лазерний вихід.

Вихідний промінь зазвичай має вузьку ширину лінії, яка характеризується певною довжиною хвилі, пов’язаною з різницею енергій між перехідним і основним станами.

Переваги твердотільних лазерів:
1. Твердотільні лазери зазвичай не зазнають втрат матеріалу порівняно з газовими лазерами, оскільки лазерне середовище знаходиться у твердому стані. Активне середовище твердотільного лазера, наприклад кристал або скло, зберігає свій склад і не витрачається та не виснажується під час роботи.
3. Твердотільні лазери можуть створювати як безперервний, так і імпульсний вихід.
4. Їх конструкція відносно проста.
Недоліки твердотільних лазерів:
1. Твердотільні лазери менш ефективні в перетворенні вхідної енергії в лазерний вихід.
2. Розбіжність лазерного променя непостійна і може коливатися від 1 мілірадіан до 20 мілірадіан.
3. Втрата потужності може статися, якщо лазерний стержень перегрівся.

Застосування твердотільних лазерів:
Твердотільні лазери мають широкий спектр застосування в різних областях. На додаток до спектроскопії та телекомунікацій, застосування твердотільних лазерів включає
Обробка матеріалів: твердотільні лазери широко використовуються для різання, свердління, зварювання та гравірування різних матеріалів, таких як метали, пластмаси, кераміка та композити. Вони мають високу точність і можуть виконувати завдання як макро-, так і мікрообробки.
Медичні та біомедичні: ці лазери використовуються в таких медичних процедурах, як лазерна хірургія, дерматологія (наприклад, видалення татуювань), офтальмологія (наприклад, корекція зору), стоматологія та косметика. Вони можуть точно націлити та видалити тканину з мінімальним пошкодженням навколишніх областей.
Наукові дослідження: важливі інструменти для наукових досліджень, включаючи спектроскопію, флуоресцентне зображення, прискорення частинок і дослідження надшвидких явищ. Вони здатні забезпечити точно керовані джерела світла для вивчення матеріалів і фундаментальних фізико-хімічних процесів.
Оборона та безпека: ці лазери використовуються в оборонних і безпекових програмах, включаючи лазерні цілевказівники, визначення дальності, зброю спрямованої енергії та лазерні засоби протидії. Вони забезпечують точні та потужні джерела світла для військових, аерокосмічних цілей і безпеки.
Телекомунікації: твердотільні лазери відіграють важливу роль у волоконно-оптичних системах зв’язку, діючи як оптичні підсилювачі та джерела світла для передачі сигналів на великі відстані з високою швидкістю передачі даних.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати своїй меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.