Ce sunt laserele cu stare solidă?

Lasere cu stare solidăeste un laser al cărui mediu emițător de lumină este un material solid, de obicei un cristal sau sticlă, dopat cu pământuri rare sau ioni de metal de tranziție, mai degrabă decât un lichid sau un gaz.

Laserele cu stare solidă emit lumină laser pe o gamă largă de lungimi de undă, de la ultraviolet (UV) la infraroșu (IR), în funcție de alegerea dopantului și de compoziția cristalului sau a sticlei. Puterea de ieșire poate varia de la miliwați (mW) la câțiva wați (W) sau chiar mai mare, în funcție de designul laserului specific, de mediu de câștig și de mecanismul de pompare.

Laserele cu stare solidă sunt compuse în principal din două părți: un material gazdă solid și ioni activi dopați în materialul gazdă. Ionii activi trebuie să aibă proprietăți specifice, cum ar fi linii de fluorescență ascuțite, benzi largi de absorbție și eficiență cuantică ridicată la lungimea de undă dorită. Pe de altă parte, materialul gazdă ar trebui să aibă proprietăți precum rezistența, rezistența la rupere, conductivitate termică ridicată și calitate optică.

După doparea cu ioni de pământuri rare, atât materialele de sticlă, cât și cele cristaline prezintă aceste proprietăți dorite. Materialele gazdă adecvate includ sticlă silicată, sticlă fosfatată și diverse materiale cristaline, cum ar fi granatul, aluminatul, oxidul de metal, fluorura, molibdat, wolfram, etc. Ionii activi utilizați în mod obișnuit includ ioni de pământuri rare, cum ar fi neodim, erbiu și holmiu. ca metale de tranziție, cum ar fi cromul, titanul și nichelul.

Unele lasere renumite cu stare solidă includ lasere rubin, lasere Nd:YAG, lasere Nd:sticlă, lasere Nd:Cr:GSGG, lasere Er:sticlă, lasere alexandrit și lasere cu titan:safir.

Laserele cu stare solidă pot funcționa fie în modul de undă continuă (CW), care produce o ieșire laser continuă, fie în modul pulsat, care produce impulsuri scurte de lumină laser de mare putere.

Construcția laserelor cu stare solidă

Pentru a realiza un laser cu stare solidă, o tijă laser trebuie instalată lângă o lampă cu arc sau o lampă bliț. Tubul lămpii este conectat la o sursă de alimentare. Tija laser și tubul lămpii sunt dispuse în paralel, înconjurate de un reflector. La ambele capete ale cavității laser sunt amplasate o oglindă cu reflexie ridicată și un cuplaj de ieșire. Pentru a elimina excesul de căldură, laserul este răcit folosind un sistem de circulație, de obicei folosind apă de răcire sau un amestec de glicol.

Diagrama energiei laser cu stare solidă
Mediul activ utilizat de laserele cu stare solidă este un material solid. În general, toate materialele în stare solidă sunt pompate optic, adică o sursă de lumină este utilizată ca sursă de energie și aplicată mediului de câștig. După absorbția energiei pompei, electronii din mediul de câștig sunt excitați la un nivel de energie mai ridicat. În starea excitată, unii electroni vor sări de la un nivel de energie mai înalt la un nivel specific de energie transferabilă.

În comparație cu alte stări excitate, durata de viață a stării tranzitorii este mai lungă, astfel încât poate stoca și acumula energie. Când electronul în starea tranzitorie revine la starea fundamentală, este eliberat un foton cu o energie și o lungime de undă specifice. Acest proces se numește emisie stimulată și produce lumină coerentă.

Fotonii generați sunt reflectați de mai multe ori între oglinzi sau alte elemente reflectorizante din cavitatea laserului. Acest mecanism de feedback amplifică emisia stimulată și produce un fascicul laser intens. Fasciculul parțial amplificat scapă printr-unul dintre reflectoarele parțiale pentru a forma ieșirea laserului.

Fasciculul de ieșire are de obicei o lățime de linie îngustă, care este caracterizată printr-o lungime de undă specifică legată de diferența de energie dintre starea tranzitorie și starea fundamentală.

Avantajele laserelor cu stare solidă:
1. Laserele cu stare solidă, în general, nu suferă pierderi de material în comparație cu laserele cu gaz, deoarece mediul laser este în stare solidă. Mediul activ dintr-un laser cu stare solidă, cum ar fi un cristal sau sticlă, își menține compoziția și nu se consumă sau se epuizează în timpul funcționării.
3. Laserele cu stare solidă pot produce atât ieșire continuă, cât și în impulsuri.
4. Construcția lor este relativ simplă.
Dezavantajele laserelor cu stare solidă:
1. Laserele cu stare solidă sunt mai puțin eficiente în transformarea energiei de intrare în ieșire laser.
2. Divergența fasciculului laser nu este constantă și poate varia între 1 miliradian și 20 miliradian.
3. Pot apărea pierderi de putere atunci când tija laser este supraîncălzită.

Aplicații ale laserelor cu stare solidă:
Laserele cu stare solidă au o gamă largă de aplicații în diverse domenii. Pe lângă spectroscopie și telecomunicații, aplicațiile laserelor cu stare solidă includ
Prelucrarea materialelor: Laserele cu stare solidă sunt utilizate pe scară largă pentru tăierea, găurirea, sudarea și gravarea diferitelor materiale, cum ar fi metale, materiale plastice, ceramică și compozite. Sunt extrem de precise și pot gestiona atât sarcini de procesare macro, cât și de microprocesare.
Medicale și biomedicale: Aceste lasere sunt utilizate în proceduri medicale, cum ar fi chirurgia cu laser, dermatologie (de exemplu, îndepărtarea tatuajelor), oftalmologie (de exemplu, corectarea vederii), stomatologie și cosmetică. Ele pot viza și elimina cu precizie țesutul cu daune minime asupra zonelor înconjurătoare.
Cercetare științifică: instrumente importante pentru cercetarea științifică, inclusiv spectroscopie, imagistica prin fluorescență, accelerarea particulelor și studiul fenomenelor ultrarapide. Ele sunt capabile să furnizeze surse de lumină controlabile cu precizie pentru studiul materialelor și proceselor fizice și chimice fundamentale.
Apărare și securitate: Aceste lasere sunt utilizate în aplicații de apărare și securitate, inclusiv indicatorii de ținte cu laser, identificarea distanței, armele cu energie direcționată și contramăsurile cu laser. Acestea oferă surse de lumină precise și puternice pentru utilizări militare, aerospațiale și de securitate.
Telecomunicații: Laserele cu stare solidă joacă un rol vital în sistemele de comunicații cu fibră optică, acționând ca amplificatoare optice și surse de lumină pentru a transmite semnale pe distanțe mari la viteze mari de date.

Informații de contact:

Dacă aveți idei, nu ezitați să discutați cu noi. Indiferent unde sunt clienții noștri și care sunt cerințele noastre, ne vom urmări obiectivul de a oferi clienților noștri calitate înaltă, prețuri mici și cele mai bune servicii.