Kietojo kūno lazerio veikimo principas ir taikymas

Tvirtas lazerisyra lazeris, kuriame kaip darbo medžiaga naudojama kieta lazerinė medžiaga. 1960 m. TH Maiman išrastas rubino lazeris buvo kietojo kūno lazeris ir pirmasis pasaulyje lazeris. Kietieji lazeriai paprastai susideda iš lazerio darbo medžiagos, sužadinimo šaltinio, fokusavimo ertmės, rezonansinės ertmės reflektoriaus ir maitinimo šaltinio.

Šio tipo lazeriuose naudojama kieta darbinė medžiaga yra pagaminta naudojant metalo jonus, kurie gali sukelti stimuliuojamą emisiją į kristalą. Yra trys pagrindiniai metalų jonų tipai, kurie gali sukelti stimuliuojamą emisiją kietose medžiagose: (1) pereinamųjų metalų jonai (pvz., Cr3 plus ); (2) dauguma lantanido metalo jonų (tokių kaip Nd3 plus, Sm2 plus, Dy2 plus ir kt.); (3) Aktinis Tai metalo jonas (pvz., U3 plius). Pagrindinės šių metalo jonų, įterptų į kietą matricą, charakteristikos yra šios: gana plati efektyviosios absorbcijos spektrinė juosta, santykinai didelis fluorescencijos efektyvumas, santykinai ilgas fluorescencijos gyvavimo laikas ir santykinai siauros fluorescencijos spektrinės linijos, todėl jie yra linkę į dalelių skaičiaus inversiją ir stimuliuojamą emisiją. Dirbtiniai kristalai, naudojami kaip kristalų matrica, daugiausia yra: korundas (NaAlSi2O6), itrio aliuminio granatas (Y3Al5, O12), kalcio volfratas (CaWO4), kalcio fluoridas (CaF2) ir kt., taip pat itrio aliuminatas (YAlO3), berilis lantanas. rūgštis (La2Be2O5) ir tt Stiklo substratas daugiausia naudojamas aukštos kokybės silikatinis optinis stiklas, pavyzdžiui, dažniausiai naudojamas bario vainikinis stiklas ir kalcio vainiko stiklas. Palyginti su kristalinėmis matricomis, pagrindinės stiklo matricų savybės yra paprastas paruošimas ir paprastas aukštos kokybės medžiagų prieinamumas dideliais dydžiais. Pagrindiniai reikalavimai kristalams ir stiklo pagrindams yra: lengvas liuminescencinių metalo jonų įterpimas aktyvavimui; geros spektrinės charakteristikos, optinio pralaidumo charakteristikos ir didelis optinio (lūžio rodiklio) vienodumo laipsnis; fizinės savybės, tinkamos ilgalaikiam lazerio veikimui ir cheminės savybės (pvz., šiluminės savybės, antidegradacinės savybės, cheminis stabilumas ir kt.). Kristaliniai lazeriai paprastai žymimi rubinu (Al2O3: Cr3 plus) ir neodimiu legiruoto itrio aliuminio granatu (sutrumpintai kaip YAG: Nd3 plus). Stiklo lazeriai paprastai yra neodimio stiklo lazeriai.

Tvirta lazerio darbo medžiaga

Kietojo kūno lazerio darbinė medžiaga sudaryta iš optiškai skaidraus kristalo arba stiklo kaip matricinės medžiagos, legiruoto aktyvuojančiais jonais ar kitomis aktyvuojančiomis medžiagomis. Ši darbinė medžiaga paprastai turėtų turėti geras fizikines ir chemines savybes, siauras fluorescencines spektrines linijas, stiprias ir plačias sugerties juostas ir aukštą fluorescencijos kvantinį efektyvumą.

Stiklo lazerinės darbo medžiagos yra lengvai pagaminamos į vienodas didelio dydžio medžiagas ir gali būti naudojamos didelės energijos arba didelės galios lazeriuose. Tačiau jo fluorescencijos spektro linija yra platesnė, o šiluminis efektyvumas yra prastas, todėl jis netinkamas dirbti esant didelei vidutinei galiai. Įprasti neodimio stiklai apima silikatinius, fosfatus ir fluorofosfatus. Devintojo dešimtmečio pradžioje buvo sėkmingai sukurtas neodimio stiklas su neigiamu lūžio rodiklio temperatūros koeficientu, kuris gali būti naudojamas vidutinės ir mažos energijos lazeriuose su dideliu pasikartojimo dažniu.

Kristalinio lazerio darbo medžiagos paprastai turi geras šilumines ir mechanines savybes bei siauras fluorescencines spektrines linijas, tačiau kristalų auginimo technologija, norint gauti aukštos kokybės didelio dydžio medžiagas, yra sudėtinga. Nuo septintojo dešimtmečio daugiau nei 300 rūšių oksidų ir fluoro kristalų, legiruotų įvairiais retųjų žemių metalais arba pereinamųjų metalų jonais, pasiekė lazerio virpesius. Dažniausiai naudojami lazeriniai kristalai yra rubinas (Cr:Al2O3, bangos ilgis 6943 angstromai), neodimiu legiruotas itrio aliuminio granatas (Nd:Y3Al5O12, vadinamas Nd:YAG, bangos ilgis 1,064 mikronai), ličio itrio fluoridas (LiYF4F; Nd:YLF , bangos ilgis 1,047 arba 1,05 mikronai; Ho:Er:Tm:YLF, bangos ilgis 2,06 mikronai) ir kt.

Nuo 1973 m. atsirado dar vienas savaime įsijungiantis lazerinis kristalas. Jo aktyvuoti jonai yra cheminis kristalo komponentas, todėl aktyvuotų jonų koncentracija yra didelė ir fluorescencinis gesinimas neįvyks. Šis kristalas turi didelį lazerio stiprinimą ir žemą ištraukimo slenkstį. Pagrindinės veislės yra neodimio pentafosfatas (NdP5O14), ličio neodimio tetrafosfatas (NdLiP4O12) ir neodimio aliuminio boratas (NdAl3(BO4)3). Jie dažniausiai auginami išlydytosios druskos metodu ir turi mažus kristalų dydžius, todėl gali būti naudojami mažuose kietojo kūno lazeriuose.

Sukurta įvairių derinamų lazerinių kristalų su plačiajuosčio fluorescencijos charakteristikomis, pvz., chrizoberilas su galiniu fononiniu perėjimu (Cr:BeAl2O4, bangos ilgis 0.701-0.815 mikronų, veikia kambario temperatūroje), nikelio- legiruotas magnio fluoridas (Ni: MgF2, bangos ilgis 1,6–1,8 mikrono, veikia žemoje temperatūroje), ceriu legiruotas ličio itrio fluoridas su 5d→4f perėjimu (Ce:YLF, bangos ilgis 0.306 ~0.315 mikronų, sužadintas eksimeriniu lazeriu, veikiantis kambario temperatūroje) ir šarminio halogenido spalvos centras Lazerio kristalas (be legiruoto arba legiruoto kalio chlorido, ličio fluorido ir kt., bangos ilgis 0,8–3,9 mikrono, dažniausiai veikiantis) žemoje temperatūroje).

Tvirtas lazerio sužadinimo šaltinis

Kietieji lazeriai naudoja šviesą kaip sužadinimo šaltinį. Dažniausiai naudojami impulsinio sužadinimo šaltiniai yra ksenonu įkrautos blykstės lempos; nuolatiniai žadinimo šaltiniai yra kriptono lanko lempos, jodo volframo lempos, kalio rubidžio lempos ir kt. Mažuose ilgalaikiuose lazeriuose kaip sužadinimo šaltiniai gali būti naudojami puslaidininkiniai šviesos diodai arba saulės šviesa. Kai kurie nauji kietojo kūno lazeriai taip pat naudoja lazerio sužadinimą.

Kadangi darbinė medžiaga sugeria tik dalį šviesos šaltinio emisijos spektro ir kiti nuostoliai, kietojo kūno lazerių energijos konversijos efektyvumas nėra didelis, paprastai nuo kelių tūkstantųjų iki kelių procentų.

Kietojo lazerio charakteristikos

Kietieji lazeriai gali būti naudojami kaip didelės energijos ir didelės galios koherentinės šviesos šaltiniai. Rubino impulsinio lazerio išėjimo energija gali pasiekti kilodžaulio lygį. Q perjungiamos ir kelių pakopų sustiprinto neodimio stiklo lazerinės sistemos maksimali impulsinė galia yra 10 vatų. Itrio aliuminio granato nuolatinio lazerio išėjimo galia gali siekti šimtus vatų, o daugiapakopis serijinis ryšys gali siekti kilovatus.

Kietojo kūno lazeriuose naudojama Q perjungimo technologija (matomos šviesos moduliacija), kad gautų trumpus impulsus nuo nanosekundžių iki šimtų nanosekundžių, ir naudoja režimo fiksavimo technologiją, kad gautų itin trumpus impulsus nuo pikosekundžių iki šimtų pikosekundžių.

Dėl apdirbamos medžiagos optinio nehomogeniškumo ir kitų priežasčių bendrųjų kietojo kūno lazerių išėjimas yra daugiamodis. Jei parenkama gero optinio tolygumo darbinė medžiaga ir kruopščiai suprojektuota rezonansinė ertmė bei imamasi kitų techninių priemonių, galima gauti pagrindinio skersinio režimo (TEM00) lazerį, kurio pluošto divergencijos kampas artimas difrakcijos ribai. , taip pat galima gauti vieną išilginio režimo lazerį.

Kietojo kūno lazerio taikymas ir tendencijos

Kietojo kūno lazeriai plačiai naudojami karinėse, perdirbimo, medicinos ir mokslinių tyrimų srityse. Jis dažniausiai naudojamas diapazono nustatymui, sekimui, nukreipimui, gręžimui, pjovimui ir suvirinimui, puslaidininkinių medžiagų atkaitinimui, elektroninių prietaisų mikro apdorojimui, atmosferos aptikimui, spektroskopiniams tyrimams, chirurgijai ir oftalmologinei chirurgijai, plazmos diagnostikai, impulsų holografijai ir lazerio sintezei ir kt. .. Kietojo kūno lazeriai taip pat naudojami kaip derinamų dažų lazerių sužadinimo šaltiniai.

Kietojo kūno lazerių plėtros tendencija yra medžiagų ir prietaisų įvairinimas, įskaitant naujų bangų ilgių ir naujų darbinių medžiagų su derinamu veikimo bangos ilgiu paiešką, lazerio konversijos efektyvumo gerinimą, išėjimo galios didinimą, pluošto kokybės gerinimą, suspaudimą. impulsų plotis, pagerinantis patikimumą ir ilgesnį tarnavimo laiką.

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.