Što su laseri u čvrstom stanju?

Laseri u čvrstom stanjuje laser čiji je medij za emitiranje svjetlosti čvrsti materijal, obično kristal ili staklo, dopiran ionima rijetke zemlje ili prijelaznih metala, a ne tekućina ili plin.

Laseri u čvrstom stanju emitiraju lasersko svjetlo u širokom rasponu valnih duljina, od ultraljubičastog (UV) do infracrvenog (IR), ovisno o izboru dopanta i sastavu kristala ili stakla. Izlazna snaga može se kretati od milivata (mW) do nekoliko vata (W) ili čak i više, ovisno o specifičnom dizajnu lasera, mediju pojačanja i mehanizmu pumpanja.

Laseri čvrstog stanja uglavnom se sastoje od dva dijela: čvrstog materijala domaćina i aktivnih iona dopiranih u materijalu domaćina. Aktivni ioni moraju imati specifična svojstva, kao što su oštre linije fluorescencije, široki apsorpcijski pojasevi i visoka kvantna učinkovitost na željenoj valnoj duljini. S druge strane, materijal domaćina trebao bi imati svojstva kao što su čvrstoća, otpornost na lom, visoka toplinska vodljivost i optička kvaliteta.

Nakon dopiranja ionima rijetkih zemalja, i staklo i kristalni materijali pokazuju ova željena svojstva. Prikladni materijali za domaćine uključuju silikatno staklo, fosfatno staklo i razne kristalne materijale kao što su granat, aluminat, metalni oksid, fluorid, molibdat, volframat itd. Uobičajeno korišteni aktivni ioni uključuju ione rijetkih zemalja kao što su neodim, erbij i holmij. kao prijelazni metali poput kroma, titana i nikla.

Neki poznati kruti laseri uključuju rubin lasere, Nd:YAG lasere, Nd:staklene lasere, Nd:Cr:GSGG lasere, Er:staklene lasere, aleksandritne lasere i titan:safirne lasere.

Solid-state laseri mogu raditi ili u načinu kontinuiranog vala (CW), koji proizvodi kontinuirani laserski izlaz, ili u pulsirajućem načinu, koji proizvodi kratke impulse laserskog svjetla velike snage.

Konstrukcija lasera u čvrstom stanju

Za izradu lasera u čvrstom stanju, lasersku šipku potrebno je postaviti u blizini lučne svjetiljke ili bljeskalice. Cijev svjetiljke spojena je na izvor napajanja. Laserska šipka i cijev svjetiljke postavljene su paralelno, okružene reflektorom. Na oba kraja laserske šupljine postavljeno je zrcalo visoke refleksije i izlazni spojnik. Za uklanjanje viška topline, laser se hladi pomoću cirkulacijskog sustava, obično pomoću vode za hlađenje ili mješavine glikola.

Energetski dijagram lasera u čvrstom stanju
Aktivni medij koji koriste laseri čvrstog stanja je čvrsti materijal. Općenito, svi materijali u čvrstom stanju se optički pumpaju, to jest, izvor svjetlosti se koristi kao izvor energije i primjenjuje se na medij pojačanja. Nakon apsorpcije energije pumpe, elektroni u mediju za pojačanje se pobuđuju na višu energetsku razinu. U pobuđenom stanju, neki će elektroni skočiti s više energetske razine na određenu prijenosnu energetsku razinu.

U usporedbi s drugim pobuđenim stanjima, životni vijek prijelaznog stanja je duži, tako da ono može skladištiti i akumulirati energiju. Kada se elektron u prijelaznom stanju vrati u osnovno stanje, oslobađa se foton određene energije i valne duljine. Taj se proces naziva stimulirana emisija i proizvodi koherentnu svjetlost.

Generirani fotoni reflektiraju se više puta između zrcala ili drugih reflektirajućih elemenata u laserskoj šupljini. Ovaj mehanizam povratne sprege pojačava stimuliranu emisiju i proizvodi intenzivnu lasersku zraku. Pojačani djelomični snop izlazi kroz jedan od djelomičnih reflektora i formira laserski izlaz.

Izlazna zraka obično ima usku širinu linije, koju karakterizira specifična valna duljina povezana s energetskom razlikom između prijelaznog i osnovnog stanja.

Prednosti solid-state lasera:
1. Solid-state laseri općenito ne doživljavaju gubitak materijala u usporedbi s plinskim laserima jer je laserski medij u čvrstom stanju. Aktivni medij u laseru u čvrstom stanju, poput kristala ili stakla, zadržava svoj sastav i ne troši se niti iscrpljuje tijekom rada.
3. Solid-state laseri mogu proizvesti kontinuirani i pulsni izlaz.
4. Konstrukcija im je relativno jednostavna.
Nedostaci solid-state lasera:
1. Solid-state laseri manje su učinkoviti u pretvaranju ulazne energije u laserski izlaz.
2. Divergencija laserske zrake nije konstantna i može varirati između 1 miliradijana i 20 miliradijana.
3. Može doći do gubitka snage kada se laserska šipka pregrije.

Primjene lasera čvrstog stanja:
Solid-state laseri imaju široku primjenu u raznim područjima. Uz spektroskopiju i telekomunikacije, primjene lasera čvrstog stanja uključuju
Obrada materijala: Solid-state laseri naširoko se koriste za rezanje, bušenje, zavarivanje i graviranje različitih materijala kao što su metali, plastika, keramika i kompoziti. Vrlo su precizni i mogu se nositi s zadacima makro i mikro obrade.
Medicinski i biomedicinski: Ovi se laseri koriste u medicinskim postupcima kao što su laserska kirurgija, dermatologija (npr. uklanjanje tetovaža), oftalmologija (npr. korekcija vida), stomatologija i kozmetika. Oni mogu precizno ciljati i ablirati tkivo uz minimalno oštećenje okolnih područja.
Znanstveno istraživanje: Važni alati za znanstveno istraživanje, uključujući spektroskopiju, fluorescentno snimanje, ubrzanje čestica i proučavanje ultrabrzih fenomena. Oni su u stanju osigurati precizno upravljive izvore svjetlosti za proučavanje materijala i osnovnih fizikalnih i kemijskih procesa.
Obrana i sigurnost: Ovi se laseri koriste u obrambenim i sigurnosnim aplikacijama, uključujući laserske označivače ciljeva, određivanje udaljenosti, oružje usmjerene energije i laserske protumjere. Oni pružaju precizne i snažne izvore svjetlosti za vojne, svemirske i sigurnosne svrhe.
Telekomunikacije: Solid-state laseri igraju vitalnu ulogu u optičkim komunikacijskim sustavima, djelujući kao optička pojačala i izvori svjetlosti za prijenos signala na velike udaljenosti pri visokim brzinama prijenosa podataka.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.