Šta su solid-state laseri?

Solid-State laserije laser čiji je medij koji emituje svjetlost čvrsti materijal, obično kristal ili staklo, dopiran ionima rijetkih zemalja ili prijelaznih metala, a ne tekućina ili plin.

Solid-state laseri emituju lasersko svjetlo u širokom rasponu valnih dužina, od ultraljubičastog (UV) do infracrvenog (IR), ovisno o izboru dopanta i sastava kristala ili stakla. Izlazna snaga može biti u rasponu od milivata (mW) do nekoliko vati (W), ili čak i veća, ovisno o specifičnom dizajnu lasera, mediju pojačanja i mehanizmu pumpanja.

Laseri u čvrstom stanju se uglavnom sastoje od dva dijela: čvrstog materijala domaćina i aktivnih jona dopiranih u materijalu domaćina. Aktivni joni moraju imati specifična svojstva, kao što su oštre fluorescentne linije, široki apsorpcijski pojasevi i visoka kvantna efikasnost na željenoj talasnoj dužini. S druge strane, materijal domaćin bi trebao imati svojstva kao što su čvrstoća, otpornost na lom, visoka toplinska provodljivost i optički kvalitet.

Nakon dopiranja jonima rijetkih zemalja, i staklo i kristalni materijali pokazuju ova željena svojstva. Prikladni materijali domaćini 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 holmijum, također kao prelazni metali kao što su hrom, titanijum i nikl.

Neki poznati solid-state 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 kontinuiranom talasnom (CW) modu, koji proizvodi kontinuirani laserski izlaz, ili u impulsnom načinu, koji proizvodi kratke impulse laserske svjetlosti velike snage.

Konstrukcija poluprovodničkih lasera

Da bi se napravio solid-state laser, laserska šipka mora biti instalirana u blizini lučne lampe ili blic lampe. Cijev lampe je spojena na izvor napajanja. Laserski štap i cijev lampe su raspoređeni paralelno, okruženi reflektorom. Na oba kraja laserske šupljine postavljeno je ogledalo visoke refleksije i izlazni spojnik. Da bi se uklonio višak toplote, laser se hladi pomoću cirkulacijskog sistema, obično koristeći rashladnu vodu ili mješavinu glikola.

Energetski dijagram čvrstog lasera
Aktivni medij koji koriste laseri u čvrstom stanju je čvrst materijal. Generalno, svi materijali u čvrstom stanju se optički pumpaju, to jest, izvor svjetlosti se koristi kao izvor energije i primjenjuje se na medij za pojačanje. Nakon apsorpcije energije pumpe, elektroni u medijumu za pojačanje se pobuđuju na viši energetski nivo. U pobuđenom stanju, neki elektroni će skočiti sa višeg energetskog nivoa na specifičan prenosivi energetski nivo.

U poređenju sa drugim pobuđenim stanjima, životni vek prolaznog stanja je duži, tako da može da skladišti i akumulira energiju. Kada se elektron u prolaznom stanju vrati u osnovno stanje, oslobađa se foton sa specifičnom energijom i talasnom dužinom. Ovaj proces se naziva stimulirana emisija i proizvodi koherentno svjetlo.

Generisani fotoni se reflektuju više puta između ogledala ili drugih reflektujućih elemenata u laserskoj šupljini. Ovaj mehanizam povratne sprege pojačava stimulisanu emisiju i proizvodi intenzivan laserski snop. Pojačani parcijalni snop izlazi kroz jedan od parcijalnih reflektora i formira laserski izlaz.

Izlazni snop obično ima usku širinu linije, koju karakteriše specifična talasna dužina povezana sa razlikom energije između prelaznog stanja i osnovnog stanja.

Prednosti solid-state lasera:
1. Solid-state laseri generalno ne doživljavaju gubitak materijala u poređenju sa gasnim laserima jer je laserski medij u čvrstom stanju. Aktivni medij u laseru u čvrstom stanju, kao što je kristal ili staklo, održava svoj sastav i ne troši se niti troši tokom rada.
3. Solid-state laseri mogu proizvesti kontinuirani i impulsni izlaz.
4. Njihova konstrukcija je relativno jednostavna.
Nedostaci solid-state lasera:
1. Solid-state laseri su manje efikasni u pretvaranju ulazne energije u laserski izlaz.
2. Divergencija laserskog snopa nije konstantna i može varirati između 1 miliradijana i 20 miliradijana.
3. Može doći do gubitka snage kada se laserska šipka pregrije.

Primjena lasera u čvrstom stanju:
Solid-state laseri imaju širok spektar primjena u različitim oblastima. Osim spektroskopije i telekomunikacija, primjena lasera u čvrstom stanju uključuje
Obrada materijala: Solid-state laseri se široko koriste za rezanje, bušenje, zavarivanje i graviranje različitih materijala kao što su metali, plastika, keramika i kompoziti. Vrlo su precizni i mogu se nositi sa zadacima makro i mikro obrade.
Medicina i biomedicina: Ovi laseri se koriste u medicinskim procedurama kao što su laserska hirurgija, dermatologija (npr. uklanjanje tetovaža), oftalmologija (npr. korekcija vida), stomatologija i kozmetika. Oni mogu precizno ciljati i ukloniti tkivo uz minimalno oštećenje okolnih područja.
Naučno istraživanje: Važni alati za naučna istraživanja, uključujući spektroskopiju, fluorescentno snimanje, ubrzanje čestica i proučavanje ultrabrzih fenomena. Oni su u stanju da obezbede izvore svetlosti koje se precizno kontrolišu za proučavanje materijala i osnovnih fizičkih i hemijskih procesa.
Odbrana i sigurnost: Ovi laseri se koriste u odbrambenim i sigurnosnim aplikacijama, uključujući laserske ciljne oznake, pronalaženje dometa, oružje usmjerene energije i laserske protumjere. Oni pružaju precizne i moćne izvore svjetlosti za vojne, svemirske i sigurnosne svrhe.
Telekomunikacije: Solid-state laseri igraju vitalnu ulogu u optičkim komunikacijskim sistemima, djelujući kao optička pojačala i izvori svjetlosti za prijenos signala na velike udaljenosti pri visokim brzinama podataka.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvu ideju, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje se nalaze naši kupci i koji su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da našim kupcima pružimo visok kvalitet, niske cijene i najbolju uslugu.