Qattiq holatdagi lazerning ishlash printsipi va qo'llanilishi

Qattiq lazerishchi modda sifatida qattiq lazer materialidan foydalanadigan lazerdir. 1960-yilda TH Maiman tomonidan ixtiro qilingan yoqut lazeri qattiq holatdagi lazer va dunyodagi birinchi lazer edi. Qattiq lazerlar odatda lazer ishchi materialidan, qo'zg'atuvchi manbadan, fokuslash bo'shlig'idan, rezonansli bo'shliq reflektoridan va quvvat manbaidan iborat.

Ushbu turdagi lazerda ishlatiladigan qattiq ishchi material kristalga stimulyatsiyalangan emissiyani keltirib chiqaradigan metall ionlarini doping qilish orqali ishlab chiqariladi. Qattiq jismlarda stimulyatsiyalangan emissiya hosil qiluvchi metall ionlarining uchta asosiy turi mavjud: (1) o'tish metall ionlari (masalan, Cr3 plus); (2) ko'pchilik lantanid metall ionlari (masalan, Nd3 plus, Sm2 plus, Dy2 plus va boshqalar); (3) aktiniy Bu metall ionidir (masalan, U3 plyus). Qattiq matritsaga qo'shilgan bu metall ionlarining asosiy xarakteristikalari quyidagilardir: nisbatan keng samarali yutilish spektri diapazoni, nisbatan yuqori floresans samaradorligi, nisbatan uzoq floresans muddati va nisbatan tor floresans spektral chiziqlari, shuning uchun ular zarrachalar soni inversiyasiga va rag'batlantirilgan emissiyaga moyil. Kristal matritsa sifatida ishlatiladigan sun'iy kristallarga asosan quyidagilar kiradi: korund (NaAlSi2O6), yttrium alyuminiy granatasi (Y3Al5, O12), kaltsiy volfram (CaWO4), kaltsiy ftorid (CaF2) va boshqalar, shuningdek, itriy aluminat (YAllum Lanth), kislota (La2Be2O5) va boshqalar. Qo'llaniladigan shisha substrat asosan yuqori sifatli silikat optik shisha, masalan, tez-tez ishlatiladigan bariy toj oynasi va kaltsiy toj oynasi. Kristalli matritsalar bilan taqqoslaganda, shisha matritsalarning asosiy xususiyatlari - bu tayyorlash qulayligi va katta hajmdagi yuqori sifatli materiallarning oson mavjudligi. Kristallar va shisha tagliklarga qo'yiladigan asosiy talablar: faollashtirish uchun lyuminestsent metall ionlarini oson kiritish; yaxshi spektral xarakteristikalar, optik o'tkazuvchanlik xususiyatlari va yuqori darajadagi optik (sinishi indeksi) bir xilligi; uzoq muddatli lazer ishlashi uchun mos fizik xususiyatlar va kimyoviy xususiyatlar (issiqlik xususiyatlari, degradatsiyaga qarshi xususiyatlar, kimyoviy barqarorlik va boshqalar). Kristal lazerlar odatda yoqut (Al2O3: Cr3 plus) va neodimiy qo'shilgan itriy alyuminiy granatasi (YAG sifatida qisqartirilgan: Nd3 plus) bilan ifodalanadi. Shisha lazerlar odatda neodimiy shisha lazerlar bilan ifodalanadi.

Qattiq lazer ishlaydigan material

Qattiq holatdagi lazerning ishchi materiali faollashtiruvchi ionlar yoki boshqa faollashtiruvchi moddalar bilan qoplangan matritsali material sifatida optik shaffof kristall yoki shishadan iborat. Ushbu ishchi modda odatda yaxshi fizik-kimyoviy xususiyatlarga, tor floresan spektral chiziqlarga, kuchli va keng assimilyatsiya zonalariga va yuqori floresan kvant samaradorligiga ega bo'lishi kerak.

Shisha lazerli ish materiallari osongina yagona katta o'lchamli materiallarga aylanadi va yuqori energiyali yoki yuqori quvvatli lazerlarda ishlatilishi mumkin. Biroq, uning floresan spektri chizig'i kengroq va uning termal ko'rsatkichlari yomon, bu yuqori o'rtacha quvvat ostida ishlash uchun yaroqsiz. Umumiy neodimiy ko'zoynaklar orasida silikat, fosfat va florofosfat ko'zoynaklar mavjud. 1980-yillarning boshlarida salbiy sinishi indeksli harorat koeffitsientiga ega bo'lgan neodimiy shisha muvaffaqiyatli ishlab chiqildi, bu yuqori takrorlanish tezligi bilan o'rta va kichik energiya lazerlarida ishlatilishi mumkin.

Kristal lazerli ish materiallari odatda yaxshi termal va mexanik xususiyatlarga ega va tor floresan spektral chiziqlarga ega, ammo yuqori sifatli katta hajmli materiallarni olish uchun kristall o'sish texnologiyasi murakkab. 1960-yillardan beri turli xil nodir tuproq metallari yoki o'tish metall ionlari bilan qoplangan 300 dan ortiq turdagi oksid va ftorid kristallari lazer tebranishiga erishdi. Odatda ishlatiladigan lazer kristallari orasida yoqut (Cr: Al2O3, to'lqin uzunligi 6943 Angstroms), neodimiy qo'shilgan itriy alyuminiy granatasi (Nd: Y3Al5O12, Nd: YAG deb ataladi, to'lqin uzunligi 1,064 mikron), litiy fluorid (Litriy, YF; F) kiradi. Nd:YLF, to'lqin uzunligi 1,047 yoki 1,05 mikron; Ho:Er:Tm:YLF, to'lqin uzunligi 2,06 mikron) va boshqalar.

1973 yildan beri o'z-o'zini faollashtiradigan lazer kristalining yana bir turi mavjud. Uning faollashtirilgan ionlari kristallning kimyoviy tarkibiy qismidir, shuning uchun faollashtirilgan ionlarning kontsentratsiyasi yuqori va flüoresan o'chirish sodir bo'lmaydi. Ushbu kristall yuqori lazerli daromadga va past ekstraktsiya chegarasiga ega. Asosiy navlarga neodimiy pentafosfat (NdP5O14), litiy neodimiy tetrafosfat (NdLiP4O12) va neodimiy alyuminiy borat (NdAl3 (BO4) 3) kiradi. Ular asosan eritilgan tuz usuli bilan etishtiriladi va kichik kristall o'lchamlarga ega, shuning uchun ular kichik qattiq holatdagi lazerlarda ishlatilishi mumkin.

Keng polosali floresans xususiyatlariga ega turli xil sozlanishi lazer kristallari ishlab chiqilgan, masalan, terminal fonon o'tishga ega xrizoberil (Cr:BeAl2O4, to'lqin uzunligi 0.701-0.815 mikron, xona haroratida ishlaydi), nikel- qo'shilgan magniy ftorid (Ni: MgF2, to'lqin uzunligi 1,6 ~ 1,8 mikron, past haroratda ishlaydi), 5d→4f o'tishga ega seriy qo'shilgan litiy itriy ftorid (Ce:YLF, to'lqin uzunligi 0.3{16}}6 ~0.315 mikron, eksimer lazer bilan qo'zg'atilgan, xona haroratida ishlaydigan) va ishqorli galogenidning rang markazi Lazer kristali (to'g'irlanmagan yoki qo'shilgan kaliy xlorid, litiy ftorid va boshqalar, to'lqin uzunligi 0,8 ~ 3,9 mikron, asosan ishlaydi) past haroratda).

Qattiq lazer qo'zg'alish manbai

Qattiq lazerlar qo'zg'alish manbai sifatida yorug'likdan foydalanadi. Tez-tez ishlatiladigan impuls qo'zg'atish manbalari ksenonli zaryadlangan chiroqlarni o'z ichiga oladi; uzluksiz qo'zg'atuvchi manbalar kripton yoy lampalari, yod volfram lampalari, kaliy rubidiy lampalar va boshqalarni o'z ichiga oladi. Kichik uzoq umr lazerlarda qo'zg'atuvchi manbalar sifatida yarimo'tkazgichli yorug'lik chiqaruvchi diodlar yoki quyosh nurlaridan foydalanish mumkin. Ba'zi yangi qattiq holatdagi lazerlar ham lazer qo'zg'atishdan foydalanadi.

Yorug'lik manbasining emissiya spektrining faqat bir qismi ishchi material tomonidan so'rilganligi sababli, boshqa yo'qotishlar bilan birga, qattiq holatdagi lazerlarning energiya konvertatsiya qilish samaradorligi yuqori emas, odatda bir necha mingdan bir necha foizgacha.

Qattiq lazer xususiyatlari

Qattiq lazerlar yuqori energiyali va yuqori quvvatli kogerent yorug'lik manbalari sifatida ishlatilishi mumkin. Ruby puls lazerining chiqish energiyasi kilojoul darajasiga yetishi mumkin. Q-switched va ko'p bosqichli kuchaytirilgan neodimiy shisha lazer tizimi maksimal 10 vatt puls kuchiga ega. Ittrium alyuminiy granatli uzluksiz lazerning chiqish quvvati yuzlab vattga yetishi mumkin va ko'p bosqichli ketma-ket ulanish kilovattga yetishi mumkin.

Qattiq holatdagi lazerlar nanosoniyalardan yuzlab nanosoniyalargacha bo'lgan qisqa impulslarni olish uchun Q-switching texnologiyasidan (ko'rinadigan yorug'lik modulyatsiyasi) foydalanadi va pikosoniyalardan yuzlab pikosoniyalargacha bo'lgan ultra qisqa impulslarni olish uchun rejimni blokirovkalash texnologiyasidan foydalanadi.

Ishchi materialning optik jihatdan bir xilligi va boshqa sabablarga ko'ra, umumiy qattiq holatdagi lazerlarning chiqishi ko'p rejimli. Yaxshi optik bir xillikka ega ishchi material tanlansa va rezonans bo'shlig'i ehtiyotkorlik bilan loyihalashtirilsa va boshqa texnik choralar ko'rilsa, diffraktsiya chegarasiga yaqin nurlanish burchagiga ega bo'lgan asosiy ko'ndalang rejim (TEM00) lazerini olish mumkin. , va bitta uzunlamasına rejimli lazerni ham olish mumkin.

Qattiq holatdagi lazer ilovalari va tendentsiyalari

Qattiq holatdagi lazerlar harbiy, qayta ishlash, tibbiy va ilmiy tadqiqot sohalarida keng qo'llaniladi. Odatda diapazon, kuzatish, yo'l-yo'riq, burg'ulash, kesish va payvandlash, yarimo'tkazgichli materiallarni tozalash, elektron qurilmalarni mikro qayta ishlash, atmosferani aniqlash, spektroskopik tadqiqotlar, jarrohlik va oftalmik jarrohlik, plazma diagnostikasi, puls golografiyasi va lazer sintezi va boshqalarda qo'llaniladi. .. Qattiq holatdagi lazerlar sozlanishi bo'yoq lazerlari uchun qo'zg'alish manbalari sifatida ham ishlatiladi.

Qattiq holatdagi lazerlarning rivojlanish tendentsiyasi - bu materiallar va qurilmalarni diversifikatsiya qilish, shu jumladan yangi to'lqin uzunliklarini va sozlanishi mumkin bo'lgan ishlaydigan to'lqin uzunliklariga ega yangi ishchi materiallarni izlash, lazerning konversiya samaradorligini oshirish, chiqish quvvatini oshirish, nur sifatini yaxshilash, siqishni. impuls kengligi, ishonchlilikni oshirish va ishlash muddatini uzaytirish.

Bog'lanish uchun ma'lumot:

Agar sizda biron bir fikr bo'lsa, biz bilan gaplashing. Mijozlarimiz qayerda bo'lishidan va bizning talablarimiz qanday bo'lishidan qat'i nazar, biz mijozlarimizga yuqori sifat, arzon narxlar va eng yaxshi xizmatni taqdim etish maqsadimizga amal qilamiz.