A szilárdtestlézer működési elve és alkalmazása

Szilárd lézeregy olyan lézer, amely szilárd lézeranyagot használ munkaanyagként. A TH Maiman által 1960-ban feltalált rubinlézer szilárdtestlézer volt, és a világ első lézere. A szilárd lézerek általában lézeres munkaanyagból, gerjesztő forrásból, fókuszáló üregből, rezonáns üreg reflektorból és tápegységből állnak.

Az ilyen típusú lézerekben használt szilárd munkaanyagot fémionok adalékolásával állítják elő, amelyek stimulált emissziót eredményezhetnek a kristályba. A fémionoknak három fő típusa van, amelyek stimulált emissziót idézhetnek elő szilárd anyagokban: (1) átmeneti fémionok (például Cr3 plus); (2) a legtöbb lantanid fémion (például Nd3 plus, Sm2 plus, Dy2 plus stb.); (3) aktinium Ez egy fémion (például U3 plus). Ezen szilárd mátrixba adalékolt fémionok fő jellemzői: viszonylag széles effektív abszorpciós spektrális sáv, viszonylag magas fluoreszcencia hatásfok, viszonylag hosszú fluoreszcencia élettartam és viszonylag szűk fluoreszcencia spektrumvonalak, így hajlamosak részecskeszám inverzióra és stimulált emisszióra. A kristálymátrixként használt mesterséges kristályok főként a következők: korund (NaAlSi2O6), ittrium-alumínium gránát (Y3Al5, O12), kalcium-volframát (CaWO4), kalcium-fluorid (CaF2) stb., valamint ittrium-aluminát (YAlO3), berillium-lantán sav (La2Be2O5), stb. Az üveghordozóként főleg jó minőségű szilikát optikai üveget használnak, mint például az általánosan használt báriumkoronaüveget és kalciumkoronaüveget. A kristályos mátrixokhoz képest az üvegmátrixok fő jellemzői a könnyű előkészítés és a kiváló minőségű anyagok könnyű elérhetősége nagy méretben. A kristályokkal és üveghordozókkal szemben támasztott fő követelmények a következők: lumineszcens fémionok könnyű beépítése az aktiváláshoz; jó spektrális jellemzők, optikai áteresztőképességi jellemzők és nagyfokú optikai (törésmutató) egyenletesség; hosszú távú lézerműködésre alkalmas fizikai tulajdonságok és kémiai tulajdonságok (például termikus tulajdonságok, lebomlásgátló tulajdonságok, kémiai stabilitás stb.). A kristálylézereket jellemzően rubin (Al2O3: Cr3 plus ) és neodímiummal adalékolt ittrium-alumínium gránát (rövidítve YAG: Nd3 plus ) képviseli. Az üveglézereket jellemzően neodímium üveglézerek képviselik.

Szilárd lézeres munkaanyag

A szilárdtestlézer munkaanyaga optikailag átlátszó kristályból vagy üvegből áll, mint mátrixanyag, aktiváló ionokkal vagy más aktiváló anyagokkal adalékolva. Ennek a munkaanyagnak általában jó fizikai-kémiai tulajdonságokkal, keskeny fluoreszcencia spektrumvonalakkal, erős és széles abszorpciós sávokkal és nagy fluoreszcencia kvantumhatékonysággal kell rendelkeznie.

Az üveglézeres megmunkálási anyagokból könnyen készíthetők egységes nagy méretű anyagok, és felhasználhatók nagy energiájú vagy nagy csúcsteljesítményű lézerekben. Fluoreszcencia spektruma azonban szélesebb és hőteljesítménye gyenge, így nem alkalmas nagy átlagos teljesítmény melletti munkavégzésre. A közönséges neodímium üvegek közé tartoznak a szilikát, foszfát és fluorofoszfát üvegek. Az 1980-as évek elején sikerrel fejlesztették ki a negatív törésmutatójú hőmérsékleti együtthatójú neodímium üveget, amely közepes és kis energiájú, nagy ismétlési arányú lézerekben használható.

A kristálylézeres munkaanyagok általában jó termikus és mechanikai tulajdonságokkal és keskeny fluoreszcens spektrumvonalakkal rendelkeznek, de a kristálynövekedési technológia a kiváló minőségű, nagy méretű anyagok előállításához bonyolult. Az 1960-as évek óta több mint 300 különböző ritkaföldfémekkel vagy átmenetifém-ionokkal adalékolt oxid- és fluorid kristályok váltak ki lézeres oszcillációt. A leggyakrabban használt lézerkristályok közé tartozik a rubin (Cr:Al2O3, hullámhossz 6943 Angström), a neodímiummal adalékolt ittrium-alumínium gránát (Nd:Y3Al5O12, más néven Nd:YAG, hullámhossz 1,064 mikron), lítium-itrium-fluorid (LiYF4F; asYFL); Nd:YLF, hullámhossz 1,047 vagy 1,05 mikron; Ho:Er:Tm:YLF, hullámhossz 2,06 mikron) stb.

1973 óta létezik egy másik típusú önaktiváló lézerkristály. Aktivált ionjai a kristály kémiai komponensei, így az aktivált ionok koncentrációja magas, fluoreszcens kioltás nem következik be. Ennek a kristálynak magas a lézererősítése és alacsony az extrakciós küszöbe. A fő fajták közé tartozik a neodímium-pentafoszfát (NdP5O14), a lítium-neodímium-tetrafoszfát (NdLiP4O12) és a neodímium-alumínium-borát (NdAl3(BO4)3). Leginkább olvadt só módszerrel termesztik, kis kristályméretük van, így kis szilárdtestlézerekben is használhatók.

Különféle hangolható lézerkristályokat fejlesztettek ki szélessávú fluoreszcencia jellemzőkkel, mint például a terminális fononátmenettel rendelkező krizoberil (Cr:BeAl2O4, hullámhossz 0.701-0.815 mikron, szobahőmérsékleten működik), nikkel- adalékolt magnézium-fluorid (Ni: MgF2, hullámhossz 1,6-1,8 mikron, alacsony hőmérsékleten működik), cériummal adalékolt lítium-itrium-fluorid 5d→4f átmenettel (Ce:YLF, hullámhossz 0.306 ~0.315 mikron, excimer lézerrel gerjesztve, szobahőmérsékleten működik) és az alkáli-halogenid színközpontja Lézerkristály (adalékolatlan vagy adalékolt kálium-klorid, lítium-fluorid stb., hullámhossz 0,8-3,9 mikron, többnyire működőképes alacsony hőmérsékleten).

Szilárd lézeres gerjesztési forrás

A szilárd lézerek fényt használnak gerjesztési forrásként. Az általánosan használt impulzusgerjesztő források közé tartoznak a xenon töltésű vakulámpák; a folyamatos gerjesztő források közé tartoznak a kripton ívlámpák, jódos volfrámlámpák, kálium-rubídium lámpák stb. Kis hosszú élettartamú lézerekben félvezető fénykibocsátó diódák vagy napfény használható gerjesztőforrásként. Néhány új szilárdtestlézer lézergerjesztést is használ.

Mivel a fényforrás emissziós spektrumának csak egy részét nyeli el a munkaanyag, plusz egyéb veszteségek, a szilárdtestlézerek energiaátalakítási hatásfoka nem magas, általában néhány ezred és néhány százalék között van.

Szilárd lézer jellemzői

A szilárd lézerek nagy energiájú és nagy teljesítményű koherens fényforrásként használhatók. A rubinimpulzus-lézer kimeneti energiája elérheti a kilojoule szintet. A Q-kapcsolós és többfokozatú erősített neodímium üveglézerrendszer maximális impulzusteljesítménye 10 watt. Az ittrium-alumínium-gránát folyamatos lézer kimeneti teljesítménye elérheti a több száz wattot, a többfokozatú soros csatlakozás pedig a kilowattot.

A szilárdtestlézerek Q-kapcsolási technológiát (látható fénymoduláció) használnak a nanoszekundumtól több száz nanomásodpercig terjedő rövid impulzusok előállítására, az üzemmódzárolási technológiát pedig a pikoszekundumtól a több száz pikoszekundumig terjedő ultrarövid impulzusok előállítására.

A munkaanyag optikai inhomogenitása és egyéb okok miatt az általános szilárdtestlézerek kimenete többmódusú. Jó optikai egyenletességű munkaanyag kiválasztása, a rezonanciaüreg gondos megtervezése és egyéb műszaki intézkedések megtétele esetén a diffrakciós határhoz közeli sugárdivergencia szögű alapvető transzverzális üzemmódú (TEM00) lézer érhető el. , és egyetlen longitudinális üzemmódú lézer is beszerezhető.

Szilárdtestlézeres alkalmazások és trendek

A szilárdtestlézerek széles körben használhatók katonai, feldolgozási, orvosi és tudományos kutatási területeken. Általánosan használatos távolságmeghatározásban, nyomon követésben, irányításban, fúrásban, vágásban és hegesztésben, félvezető anyagok izzításában, elektronikus eszközök mikrofeldolgozásában, légköri detektálásban, spektroszkópiai kutatásban, sebészetben és szemsebészetben, plazmadiagnosztikában, impulzusholográfiában és lézerfúzióban stb. . A szilárdtestlézereket hangolható festéklézerek gerjesztési forrásaként is használják.

A szilárdtestlézerek fejlesztési iránya az anyagok és eszközök diverzifikálása, ezen belül új hullámhosszak és új, hangolható működési hullámhosszú munkaanyagok keresése, a lézer konverziós hatásfokának javítása, a kimenő teljesítmény növelése, a sugárminőség javítása, tömörítés. az impulzusszélesség növeli a megbízhatóságot és meghosszabbítja az élettartamot.

Elérhetőség:

Ha bármilyen ötlete van, forduljon hozzánk bizalommal. Függetlenül attól, hogy hol tartózkodnak ügyfeleink és milyen követelményeket támasztanak, követjük azt a célunkat, hogy ügyfeleinknek magas minőséget, alacsony árakat és a legjobb szolgáltatást biztosítsuk.