Hvad er solid-state lasere?

Solid-state lasereer en laser, hvis lysemitterende medium er et fast materiale, sædvanligvis en krystal eller glas, doteret med sjældne jordarter eller overgangsmetalioner, snarere end en væske eller gas.

Solid-state lasere udsender laserlys over en lang række bølgelængder, fra ultraviolet (UV) til infrarød (IR), afhængigt af valget af dopingmiddel og sammensætningen af ​​krystallen eller glasset. Udgangseffekten kan variere fra milliwatt (mW) til adskillige watt (W) eller endnu højere, afhængigt af det specifikke laserdesign, forstærkningsmediet og pumpemekanismen.

Solid-state lasere er hovedsageligt sammensat af to dele: et fast værtsmateriale og aktive ioner doteret i værtsmaterialet. Aktive ioner skal have specifikke egenskaber, såsom skarpe fluorescenslinjer, brede absorptionsbånd og høj kvanteeffektivitet ved den ønskede bølgelængde. På den anden side bør værtsmaterialet have egenskaber som styrke, brudmodstand, høj varmeledningsevne og optisk kvalitet.

Efter doping med sjældne jordarters ioner udviser både glas og krystallinske materialer disse ønskede egenskaber. Egnede værtsmaterialer omfatter silikatglas, phosphatglas og forskellige krystallinske materialer såsom granat, aluminat, metaloxid, fluorid, molybdat, wolframat osv. Almindeligt anvendte aktive ioner omfatter også sjældne jordarters ioner såsom neodym, erbium og holmium som overgangsmetaller såsom chrom, titanium og nikkel.

Nogle berømte solid-state-lasere inkluderer rubin-lasere, Nd:YAG-lasere, Nd:glaslasere, Nd:Cr:GSGG-lasere, Er:glaslasere, alexandritlasere og titanium:safirlasere.

Solid-state lasere kan arbejde i enten kontinuerlig bølgetilstand (CW), som producerer kontinuerlig laseroutput, eller pulseret tilstand, som producerer korte pulser af højeffekt laserlys.

Konstruktion af solid-state lasere

For at lave en solid-state laser skal en laserstang installeres i nærheden af ​​en buelampe eller flashlampe. Lamperøret er forbundet til en strømkilde. Laserstangen og lamperøret er anbragt parallelt, omgivet af en reflektor. I begge ender af laserhulrummet er der placeret et højreflekterende spejl og en udgangskobling. For at fjerne overskydende varme afkøles laseren ved hjælp af et cirkulationssystem, normalt ved hjælp af kølevand eller en glykolblanding.

Solid-state laser energi diagram
Det aktive medium, der bruges af solid-state lasere, er et fast materiale. Generelt pumpes alle faststofmaterialer optisk, det vil sige, at en lyskilde bruges som energikilde og påføres forstærkningsmediet. Efter at have absorberet pumpeenergien, exciteres elektronerne i forstærkningsmediet til et højere energiniveau. I den exciterede tilstand vil nogle elektroner hoppe fra et højere energiniveau til et specifikt overførbart energiniveau.

Sammenlignet med andre exciterede tilstande er levetiden for den forbigående tilstand længere, så den kan lagre og akkumulere energi. Når elektronen i den transiente tilstand skifter tilbage til grundtilstanden, frigives en foton med en bestemt energi og bølgelængde. Denne proces kaldes stimuleret emission og producerer sammenhængende lys.

De genererede fotoner reflekteres flere gange mellem spejle eller andre reflekterende elementer i laserhulrummet. Denne feedback-mekanisme forstærker den stimulerede emission og frembringer en intens laserstråle. Den forstærkede delstråle undslipper gennem en af ​​delreflektorerne for at danne laseroutputtet.

Udgangsstrålen har normalt en smal linjebredde, som er karakteriseret ved en specifik bølgelængde relateret til energiforskellen mellem den transiente tilstand og jordtilstanden.

Fordele ved solid-state lasere:
1. Solid-state lasere oplever generelt ikke materialetab sammenlignet med gaslasere, fordi lasermediet er i fast tilstand. Det aktive medium i en faststoflaser, såsom en krystal eller et glas, bevarer sin sammensætning og forbruges eller udtømmes ikke under drift.
3. Solid-state lasere kan producere både kontinuerligt og pulseret output.
4. Deres konstruktion er forholdsvis enkel.
Ulemper ved solid state lasere:
1. Solid-state lasere er mindre effektive til at konvertere input energi til laser output.
2. Laserstrålens divergens er ikke konstant og kan variere mellem 1 milliradian og 20 milliradian.
3. Strømtab kan forekomme, når laserstangen er overophedet.

Anvendelser af solid-state lasere:
Solid-state lasere har en bred vifte af applikationer inden for forskellige områder. Ud over spektroskopi og telekommunikation omfatter anvendelser af solid-state lasere
Materialebehandling: Solid-state lasere bruges i vid udstrækning til skæring, boring, svejsning og gravering af forskellige materialer såsom metaller, plast, keramik og kompositter. De er meget nøjagtige og kan håndtere både makro- og mikrobehandlingsopgaver.
Medicinsk og biomedicinsk: Disse lasere bruges i medicinske procedurer såsom laserkirurgi, dermatologi (f.eks. tatoveringsfjernelse), oftalmologi (f.eks. synskorrektion), tandpleje og kosmetik. De kan præcist målrette og fjerne væv med minimal skade på omkringliggende områder.
Videnskabelig forskning: Vigtige værktøjer til videnskabelig forskning, herunder spektroskopi, fluorescensbilleddannelse, partikelacceleration og studiet af ultrahurtige fænomener. De er i stand til at levere præcist kontrollerbare lyskilder til at studere materialer og grundlæggende fysiske og kemiske processer.
Forsvar og sikkerhed: Disse lasere bruges i forsvars- og sikkerhedsapplikationer, herunder lasermålangivelser, afstandssøgning, rettede energivåben og lasermodforanstaltninger. De leverer præcise og kraftfulde lyskilder til militær-, rumfarts- og sikkerhedsformål.
Telekommunikation: Solid-state lasere spiller en afgørende rolle i fiberoptiske kommunikationssystemer, der fungerer som optiske forstærkere og lyskilder til at transmittere signaler over lange afstande ved høje datahastigheder.

Kontaktoplysninger:

Hvis du har nogle ideer, er du velkommen til at tale med os. Uanset hvor vores kunder er, og hvad vores krav er, vil vi følge vores mål om at give vores kunder høj kvalitet, lave priser og den bedste service.