Mis on tahkislaserid?

Tahkislaseridon laser, mille valgust kiirgav keskkond on tahke materjal, tavaliselt kristall või klaas, mis on legeeritud haruldaste muldmetallide või siirdemetallide ioonidega, mitte vedelik või gaas.

Tahkislaserid kiirgavad laservalgust mitmesugustel lainepikkustel ultraviolettkiirgusest (UV) kuni infrapunani (IR), olenevalt dopandi valikust ja kristalli või klaasi koostisest. Väljundvõimsus võib ulatuda millivatist (mW) mitme vatini (W) või isegi suurem, olenevalt konkreetsest laseri konstruktsioonist, võimenduskeskkonnast ja pumpamismehhanismist.

Tahkislaserid koosnevad peamiselt kahest osast: tahkest peremeesmaterjalist ja põhimaterjaliga legeeritud aktiivsetest ioonidest. Aktiivsetel ioonidel peavad olema spetsiifilised omadused, nagu teravad fluorestsentsjooned, laiad neeldumisribad ja kõrge kvantefektiivsus soovitud lainepikkusel. Teisest küljest peaksid peremeesmaterjalil olema sellised omadused nagu tugevus, purunemiskindlus, kõrge soojusjuhtivus ja optiline kvaliteet.

Pärast haruldaste muldmetallide ioonidega dopimist on nii klaasil kui ka kristallilistel materjalidel need soovitud omadused. Sobivateks peremeesmaterjalideks on silikaatklaas, fosfaatklaas ja mitmesugused kristalsed materjalid, nagu granaat, aluminaat, metallioksiid, fluoriid, molübdaat, volframaat jne. Tavaliselt kasutatavate aktiivsete ioonide hulka kuuluvad haruldaste muldmetallide ioonid, nagu neodüüm, erbium ja holmium, samuti siirdemetallidena nagu kroom, titaan ja nikkel.

Mõned kuulsad tahkislaserid hõlmavad rubiinlasereid, Nd: YAG lasereid, Nd: klaaslasereid, Nd: Cr: GSGG lasereid, Er: klaaslasereid, aleksandriitlasereid ja titaan: safiirlasereid.

Tahkislaserid võivad töötada kas pidevlaine (CW) režiimis, mis toodab pidevat laserväljundit, või impulssrežiimis, mis toodab lühikesi suure võimsusega laservalguse impulsse.

Tahkislaserite ehitus

Tahkislaseri valmistamiseks tuleb kaarlambi või välklambi lähedusse paigaldada laservarras. Lambi toru on ühendatud toiteallikaga. Laservarras ja lambitoru on paigutatud paralleelselt, ümbritsetud reflektoriga. Laseri õõnsuse mõlemasse otsa asetatakse kõrgelt peegelduv peegel ja väljundühendus. Liigse soojuse eemaldamiseks jahutatakse laserit tsirkulatsioonisüsteemi abil, tavaliselt kasutatakse jahutusvett või glükooli segu.

Tahkislaseri energiadiagramm
Tahkislaserites kasutatav aktiivne keskkond on tahke materjal. Üldiselt pumbatakse kõiki tahkismaterjale optiliselt, see tähendab, et energiaallikana kasutatakse valgusallikat ja kantakse võimenduskeskkonnale. Pärast pumba energia neelamist ergastatakse võimenduskeskkonnas olevad elektronid kõrgemale energiatasemele. Ergastatud olekus hüppavad mõned elektronid kõrgemalt energiatasemelt konkreetsele ülekantavale energiatasemele.

Võrreldes teiste ergastatud olekutega on siirdeoleku eluiga pikem, nii et see suudab energiat salvestada ja koguda. Kui siirdeseisundis elektron läheb tagasi põhiolekusse, vabaneb kindla energia ja lainepikkusega footon. Seda protsessi nimetatakse stimuleeritud emissiooniks ja see tekitab koherentset valgust.

Loodud footonid peegelduvad mitu korda peeglite või muude laserõõnsuse peegeldavate elementide vahel. See tagasisidemehhanism võimendab stimuleeritud emissiooni ja tekitab intensiivse laserkiire. Võimendatud osakiir väljub läbi ühe osalise reflektori, moodustades laserväljundi.

Väljundkiirel on tavaliselt kitsas joonelaius, mida iseloomustab konkreetne lainepikkus, mis on seotud siirdeseisundi ja põhiseisundi energia erinevusega.

Tahkislaserite eelised:
1. Tahkislaserite puhul ei esine gaasilaseritega võrreldes üldiselt materjalikadu, kuna laserkeskkond on tahkes olekus. Tahkislaseri aktiivne keskkond, nagu kristall või klaas, säilitab oma koostise ning ei kulu ega tühjene töötamise ajal.
3. Tahkislaserid suudavad toota nii pidevat kui ka impulssväljundit.
4. Nende ehitus on suhteliselt lihtne.
Tahkislaserite puudused:
1. Tahkislaserid on vähem tõhusad sisendenergia muundamiseks laseri väljundiks.
2. Laserkiire lahknevus ei ole konstantne ja võib varieeruda 1 milliradiaani ja 20 milliradiaani vahel.
3. Laservarda ülekuumenemisel võib tekkida võimsuskadu.

Tahkislaserite rakendused:
Tahkislaseritel on lai valik rakendusi erinevates valdkondades. Lisaks spektroskoopiale ja telekommunikatsioonile hõlmavad tahkislaserite rakendused
Materjali töötlemine: Tahkislasereid kasutatakse laialdaselt erinevate materjalide, näiteks metallide, plastide, keraamika ja komposiitide lõikamiseks, puurimiseks, keevitamiseks ja graveerimiseks. Need on väga täpsed ja saavad hakkama nii makro- kui ka mikrotöötlustoimingutega.
Meditsiiniline ja biomeditsiiniline: neid lasereid kasutatakse meditsiinilistes protseduurides, nagu laserkirurgia, dermatoloogia (nt tätoveeringute eemaldamine), oftalmoloogia (nt nägemise korrigeerimine), hambaravi ja kosmeetika. Need võivad kudesid täpselt sihtida ja eemaldada, kahjustades ümbritsevaid piirkondi minimaalselt.
Teadusuuringud: olulised vahendid teadusuuringuteks, sealhulgas spektroskoopia, fluorestsentskujutised, osakeste kiirendamine ja ülikiirete nähtuste uurimine. Nad on võimelised pakkuma täpselt juhitavaid valgusallikaid materjalide ning põhiliste füüsikaliste ja keemiliste protsesside uurimiseks.
Kaitse ja julgeolek: neid lasereid kasutatakse kaitse- ja julgeolekurakendustes, sealhulgas lasersihtmärkide määramisel, kauguse leidmisel, suunatud energiarelvadel ja laservastumeetmetel. Need pakuvad täpseid ja võimsaid valgusallikaid sõjaliseks, kosmose- ja julgeolekuotstarbeks.
Telekommunikatsioon: tahkislaserid mängivad fiiberoptilistes sidesüsteemides üliolulist rolli, toimides optiliste võimenditena ja valgusallikatena, et edastada signaale pikkade vahemaade tagant suure andmeedastuskiirusega.

Kontaktandmed:

Kui teil on ideid, võtke meiega ühendust. Pole tähtis, kus meie kliendid on ja millised on meie nõudmised, järgime oma eesmärki pakkuda oma klientidele kõrget kvaliteeti, madalaid hindu ja parimat teenust.