Katı Hal Lazerinin Çalışma Prensibi ve Uygulaması

Katı Lazerçalışma maddesi olarak katı lazer malzemesini kullanan bir lazerdir. 1960 yılında TH Maiman tarafından icat edilen yakut lazer, katı hal lazeriydi ve dünyanın ilk lazeriydi. Katı lazerler genel olarak lazer çalışma malzemesi, uyarma kaynağı, odaklama boşluğu, rezonans boşluğu reflektörü ve güç kaynağından oluşur.

Bu tip lazerde kullanılan katı çalışma malzemesi, kristale uyarılmış emisyon üretebilen metal iyonlarının katkılanmasıyla yapılır. Katılarda uyarılmış emisyon üretebilen üç ana metal iyonu türü vardır: (1) geçiş metali iyonları (Cr3 plus gibi); (2) çoğu lantanit metal iyonu (Nd3 plus, Sm2 plus, Dy2 plus, vb. gibi); (3) aktinyum Bir metal iyonudur (U3 plus gibi). Katı matrise katkılı bu metal iyonlarının ana özellikleri şunlardır: nispeten geniş etkili absorpsiyon spektral bandı, nispeten yüksek floresans verimliliği, nispeten uzun floresans ömrü ve nispeten dar floresans spektral çizgileri, dolayısıyla parçacık sayısının tersine çevrilmesine ve uyarılmış emisyona eğilimlidirler. Kristal matris olarak kullanılan yapay kristaller esas olarak şunları içerir: korindon (NaAlSi2O6), itriyum alüminyum garnet (Y3Al5, O12), kalsiyum tungstat (CaWO4), kalsiyum florür (CaF2), vb. ve ayrıca itriyum alüminat (YAlO3), berilyum Lantan asit (La2Be2O5), vb. Kullanılan cam substrat, yaygın olarak kullanılan baryum taçlı cam ve kalsiyum taçlı cam gibi esas olarak yüksek kaliteli silikat optik camdır. Kristal matrislerle karşılaştırıldığında cam matrislerin temel özellikleri, hazırlanma kolaylığı ve yüksek kaliteli malzemelerin büyük boyutlarda kolay bulunabilmesidir. Kristaller ve cam substratlar için temel gereksinimler şunlardır: aktivasyon için ışıldayan metal iyonlarının kolay dahil edilmesi; iyi spektral özellikler, optik geçirgenlik özellikleri ve yüksek derecede optik (kırılma indisi) tekdüzelik; uzun süreli lazer işlemine uygun fiziksel özellikler ve kimyasal özellikler (termal özellikler, bozulma önleyici özellikler, kimyasal stabilite vb. gibi). Kristal lazerler tipik olarak yakut (Al2O3: Cr3 plus) ve neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet (YAG: Nd3 plus olarak kısaltılır) ile temsil edilir. Cam lazerler tipik olarak neodimyum cam lazerlerle temsil edilir.

Katı lazer çalışma malzemesi

Katı hal lazerinin çalışma malzemesi, aktifleştirici iyonlar veya diğer aktifleştirici maddelerle katkılanmış, matris malzemesi olarak optik olarak şeffaf kristal veya camdan oluşur. Bu çalışma maddesinin genel olarak iyi fiziksel-kimyasal özelliklere, dar floresans spektral çizgilerine, güçlü ve geniş absorpsiyon bantlarına ve yüksek floresans kuantum verimliliğine sahip olması gerekir.

Cam lazer çalışma malzemeleri kolayca tekdüze büyük boyutlu malzemelere dönüştürülür ve yüksek enerjili veya yüksek tepe güçlü lazerlerde kullanılabilir. Ancak floresans spektrum çizgisi daha geniş ve termal performansı zayıf olduğundan yüksek ortalama güç altında çalışmaya uygun değildir. Yaygın neodimyum camlar arasında silikat, fosfat ve florofosfat camları bulunur. 1980'lerin başında, yüksek tekrarlama oranlarına sahip orta ve küçük enerjili lazerlerde kullanılabilen, negatif kırılma indisi sıcaklık katsayısına sahip neodimyum cam başarıyla geliştirildi.

Kristal lazer çalışma malzemeleri genellikle iyi termal ve mekanik özelliklere ve dar floresans spektral çizgilerine sahiptir, ancak yüksek kaliteli büyük boyutlu malzemeler elde etmek için kristal büyütme teknolojisi karmaşıktır. 1960'lardan bu yana, çeşitli nadir toprak metalleri veya geçiş metali iyonlarıyla katkılanmış 300'den fazla oksit ve florür kristali türü, lazer salınımına ulaştı. Yaygın olarak kullanılan lazer kristalleri arasında yakut (Cr:Al2O3, dalga boyu 6943 Angstrom), neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet (Nd:Y3Al5O12, Nd:YAG olarak anılır, dalga boyu 1,064 mikron), lityum itriyum florür (LiYF4, YLF olarak anılır; Nd:YLF, dalga boyu 1,047 veya 1,05 mikron; Ho:Er:Tm:YLF, dalga boyu 2,06 mikron), vb.

1973'ten bu yana, kendi kendini harekete geçiren başka bir lazer kristali türü var. Aktifleştirilmiş iyonları kristalin kimyasal bir bileşenidir, dolayısıyla aktifleştirilmiş iyonların konsantrasyonu yüksektir ve floresan sönmesi meydana gelmez. Bu kristal yüksek lazer kazancına ve düşük ekstraksiyon eşiğine sahiptir. Ana çeşitler arasında neodimyum pentafosfat (NdP5O14), lityum neodimyum tetrafosfat (NdLiP4O12) ve neodimyum alüminyum borat (NdAl3(BO4)3) bulunur. Çoğunlukla erimiş tuz yöntemiyle büyütülürler ve küçük kristal boyutlarına sahiptirler, dolayısıyla küçük katı hal lazerlerinde kullanılabilirler.

Terminal fonon geçişli krizoberil (Cr:BeAl2O4, dalga boyu 0.701-0.815 mikron, oda sıcaklığında çalışan), nikel- gibi geniş bant floresans özelliklerine sahip çeşitli ayarlanabilir lazer kristalleri geliştirilmiştir. katkılı magnezyum florür (Ni: MgF2, dalga boyu 1,6~1,8 mikron, düşük sıcaklıkta çalışıyor), 5d→4f geçişli seryum katkılı lityum itriyum florür (Ce:YLF, dalga boyu 0.306 ~0.315 mikron, excimer lazer tarafından uyarılır, oda sıcaklığında çalışır) ve alkali halojenür Lazer kristalinin renk merkezi (katkısız veya katkılı potasyum klorür, lityum florür vb., dalga boyu 0,8~3,9 mikron, çoğunlukla çalışır) düşük sıcaklıkta).

Katı lazer uyarım kaynağı

Katı lazerler, uyarma kaynağı olarak ışığı kullanır. Yaygın olarak kullanılan darbe uyarma kaynakları arasında ksenon yüklü flaş lambaları; sürekli uyarma kaynakları arasında kripton ark lambaları, iyot tungsten lambalar, potasyum rubidyum lambalar vb. yer alır. Küçük, uzun ömürlü lazerlerde, uyarma kaynakları olarak yarı iletken ışık yayan diyotlar veya güneş ışığı kullanılabilir. Bazı yeni katı hal lazerleri de lazer uyarımını kullanır.

Işık kaynağının emisyon spektrumunun yalnızca bir kısmı çalışan malzeme artı diğer kayıplar tarafından emildiğinden, katı hal lazerlerinin enerji dönüşüm verimliliği yüksek değildir, genellikle birkaç binde bir ila yüzde birkaç arasındadır.

Katı lazer özellikleri

Katı lazerler, yüksek enerjili ve yüksek güçlü tutarlı ışık kaynakları olarak kullanılabilir. Ruby darbe lazerinin çıkış enerjisi kilojoule seviyesine ulaşabilir. Q-anahtarlı ve çok aşamalı güçlendirilmiş neodimyum cam lazer sistemi, maksimum 10 watt'lık bir darbe gücüne sahiptir. İtriyum alüminyum garnet sürekli lazerin çıkış gücü yüzlerce watt'a, çok aşamalı seri bağlantı ise kilovatlara ulaşabilir.

Katı hal lazerleri, nanosaniyeden yüzlerce nanosaniyeye kadar değişen kısa darbeler elde etmek için Q-anahtarlama teknolojisini (görünür ışık modülasyonu) kullanır ve pikosaniyeden yüzlerce pikosaniyeye kadar değişen ultra kısa darbeler elde etmek için mod kilitleme teknolojisini kullanır.

Çalışma malzemesinin optik homojen olmaması ve diğer nedenlerden dolayı, genel katı hal lazerlerinin çıkışı çok modludur. İyi optik düzgünlüğe sahip çalışma malzemesi seçilirse, rezonans boşluğu dikkatlice tasarlanır ve diğer teknik önlemler alınırsa, kırınım sınırına yakın bir ışın sapma açısına sahip temel enine modlu (TEM00) lazer elde edilebilir. ve tek bir uzunlamasına modlu lazer de elde edilebilir.

Katı hal lazer uygulamaları ve trendleri

Katı hal lazerleri askeri, işleme, tıbbi ve bilimsel araştırma alanlarında geniş bir kullanım alanına sahiptir. Yaygın olarak menzil belirleme, izleme, yönlendirme, delme, kesme ve kaynaklama, yarı iletken malzemelerin tavlanması, elektronik cihazların mikro işlenmesi, atmosferik algılama, spektroskopik araştırma, cerrahi ve oftalmik cerrahi, plazma teşhisi, darbe holografisi ve lazer füzyonu vb. alanlarda kullanılır. . . Katı hal lazerleri aynı zamanda ayarlanabilir boya lazerleri için uyarma kaynakları olarak da kullanılır.

Katı hal lazerlerinin gelişme eğilimi, yeni dalga boylarının ve ayarlanabilir çalışma dalga boylarına sahip yeni çalışma malzemelerinin araştırılması, lazerin dönüşüm verimliliğinin arttırılması, çıkış gücünün arttırılması, ışın kalitesinin iyileştirilmesi, sıkıştırılması dahil olmak üzere malzeme ve cihazların çeşitlendirilmesidir. Darbe genişliği, güvenilirliği artırır ve çalışma ömrünü uzatır.

İletişim bilgileri:

Herhangi bir fikriniz varsa bizimle konuşmaktan çekinmeyin. Müşterilerimiz nerede olursa olsun ve gereksinimlerimiz ne olursa olsun, müşterilerimize yüksek kalite, düşük fiyat ve en iyi hizmeti sunma hedefimizin takipçisi olacağız.