Hva er solid-state lasere?

Solid-state lasereer en laser hvis lysemitterende medium er et fast materiale, vanligvis en krystall eller glass, dopet med sjeldne jordartsmetall-ioner eller overgangsmetallioner, i stedet for en væske eller gass.

Solid-state lasere sender ut laserlys over et bredt spekter av bølgelengder, fra ultrafiolett (UV) til infrarødt (IR), avhengig av valget av dopingmiddel og sammensetningen av krystallen eller glasset. Utgangseffekten kan variere fra milliwatt (mW) til flere watt (W), eller enda høyere, avhengig av den spesifikke laserdesignen, forsterkningsmediet og pumpemekanismen.

Solid-state lasere er hovedsakelig sammensatt av to deler: et fast vertsmateriale og aktive ioner dopet i vertsmaterialet. Aktive ioner må ha spesifikke egenskaper, som skarpe fluorescenslinjer, brede absorpsjonsbånd og høy kvanteeffektivitet ved ønsket bølgelengde. På den annen side bør vertsmaterialet ha egenskaper som styrke, bruddmotstand, høy varmeledningsevne og optisk kvalitet.

Etter doping med sjeldne jordarter, viser både glass og krystallinske materialer disse ønskede egenskapene. Egnede vertsmaterialer inkluderer silikatglass, fosfatglass og forskjellige krystallinske materialer som granat, aluminat, metalloksid, fluorid, molybdat, wolfram, etc. Vanlige aktive ioner inkluderer også sjeldne jordarter som neodym, erbium og holmium. som overgangsmetaller som krom, titan og nikkel.

Noen kjente solid state-lasere inkluderer rubinlasere, Nd:YAG-lasere, Nd:glasslasere, Nd:Cr:GSGG-lasere, Er:glasslasere, alexandrittlasere og titan:safirlasere.

Solid-state lasere kan fungere i enten kontinuerlig bølge (CW) modus, som produserer kontinuerlig laserutgang, eller pulsert modus, som produserer korte pulser med høyeffekts laserlys.

Konstruksjon av solid-state lasere

For å lage en solid-state laser, må en laserstang installeres i nærheten av en lysbuelampe eller blitslampe. Lamperøret er koblet til en strømkilde. Laserstangen og lamperøret er anordnet parallelt, omgitt av en reflektor. I begge ender av laserhulrommet er det plassert et høyreflekterende speil og en utgangskobling. For å fjerne overflødig varme, kjøles laseren ved hjelp av et sirkulasjonssystem, vanligvis ved hjelp av kjølevann eller en glykolblanding.

Solid-state laser energidiagram
Det aktive mediet som brukes av solid-state lasere er et solid materiale. Generelt pumpes alle faststoffmaterialer optisk, det vil si at en lyskilde brukes som energikilde og påføres forsterkningsmediet. Etter å ha absorbert pumpeenergien, eksiteres elektronene i forsterkningsmediet til et høyere energinivå. I eksitert tilstand vil noen elektroner hoppe fra et høyere energinivå til et spesifikt overførbart energinivå.

Sammenlignet med andre eksiterte tilstander, er levetiden til den forbigående tilstanden lengre, slik at den kan lagre og akkumulere energi. Når elektronet i transienttilstanden endrer seg tilbake til grunntilstanden, frigjøres et foton med en bestemt energi og bølgelengde. Denne prosessen kalles stimulert emisjon og produserer sammenhengende lys.

De genererte fotonene reflekteres flere ganger mellom speil eller andre reflekterende elementer i laserhulrommet. Denne tilbakemeldingsmekanismen forsterker den stimulerte emisjonen og produserer en intens laserstråle. Den forsterkede delstrålen slipper ut gjennom en av delreflektorene for å danne laserutgangen.

Utgangsstrålen har vanligvis en smal linjebredde, som er preget av en spesifikk bølgelengde relatert til energiforskjellen mellom transienttilstanden og grunntilstanden.

Fordeler med solid-state lasere:
1. Solid-state lasere opplever generelt ikke materialtap sammenlignet med gasslasere fordi lasermediet er i fast tilstand. Det aktive mediet i en faststofflaser, for eksempel en krystall eller et glass, opprettholder sammensetningen og forbrukes eller tømmes ikke under drift.
3. Solid-state lasere kan produsere både kontinuerlig og pulsert utgang.
4. Konstruksjonen deres er relativt enkel.
Ulemper med solid-state lasere:
1. Solid-state lasere er mindre effektive når det gjelder å konvertere input energi til laser output.
2. Laserstrålens divergens er ikke konstant og kan variere mellom 1 milliradian og 20 milliradian.
3. Strømtap kan oppstå når laserstangen er overopphetet.

Bruksområder for solid-state lasere:
Solid-state lasere har et bredt spekter av bruksområder innen ulike felt. I tillegg til spektroskopi og telekommunikasjon, inkluderer anvendelser av solid-state lasere
Materialbehandling: Solid-state lasere er mye brukt til skjæring, boring, sveising og gravering av forskjellige materialer som metaller, plast, keramikk og kompositter. De er svært nøyaktige og kan håndtere både makro- og mikroprosesseringsoppgaver.
Medisinsk og biomedisinsk: Disse laserne brukes i medisinske prosedyrer som laserkirurgi, dermatologi (f.eks. tatoveringsfjerning), oftalmologi (f.eks. synskorreksjon), tannbehandling og kosmetikk. De kan målrette og fjerne vev nøyaktig med minimal skade på omkringliggende områder.
Vitenskapelig forskning: Viktige verktøy for vitenskapelig forskning, inkludert spektroskopi, fluorescensavbildning, partikkelakselerasjon og studiet av ultraraske fenomener. De er i stand til å gi nøyaktig kontrollerbare lyskilder for å studere materialer og grunnleggende fysiske og kjemiske prosesser.
Forsvar og sikkerhet: Disse laserne brukes i forsvars- og sikkerhetsapplikasjoner, inkludert lasermålbetegnelser, avstandsmåling, rettet energivåpen og lasermottiltak. De gir presise og kraftige lyskilder for militær-, romfarts- og sikkerhetsbruk.
Telekommunikasjon: Solid-state lasere spiller en viktig rolle i fiberoptiske kommunikasjonssystemer, og fungerer som optiske forsterkere og lyskilder for å overføre signaler over lange avstander med høye datahastigheter.

Kontaktinformasjon:

Hvis du har noen ideer, snakk gjerne med oss. Uansett hvor kundene våre er og hvilke krav vi har, vil vi følge vårt mål om å gi våre kunder høy kvalitet, lave priser og den beste servicen.