Mitä ovat solid-state-laserit?

Solid State Laserson laser, jonka valoa emittoiva väliaine on kiinteä aine, yleensä kide tai lasi, joka on seostettu harvinaisilla maa- tai siirtymämetalli-ioneilla, ei neste tai kaasu.

Solid-state laserit lähettävät laservaloa laajalla aallonpituuksilla ultravioletti (UV) infrapuna (IR) riippuen lisäaineen valinnasta ja kristallin tai lasin koostumuksesta. Lähtöteho voi vaihdella milliwateista (mW) useisiin watteihin (W) tai jopa enemmän riippuen laserin rakenteesta, vahvistusväliaineesta ja pumppausmekanismista.

Solid-state laserit koostuvat pääasiassa kahdesta osasta: kiinteästä isäntämateriaalista ja aktiivisista ioneista, jotka on seostettu isäntämateriaaliin. Aktiivisilla ioneilla on oltava erityisiä ominaisuuksia, kuten teräviä fluoresenssiviivoja, leveitä absorptiokaistoja ja korkea kvanttitehokkuus halutulla aallonpituudella. Toisaalta isäntämateriaalilla tulisi olla ominaisuuksia, kuten lujuus, murtumiskestävyys, korkea lämmönjohtavuus ja optinen laatu.

Harvinaisten maametallien ioneilla seostuksen jälkeen sekä lasilla että kiteisellä materiaalilla on nämä halutut ominaisuudet. Sopivia isäntämateriaaleja ovat silikaattilasi, fosfaattilasi ja erilaiset kiteiset materiaalit, kuten granaatti, aluminaatti, metallioksidi, fluoridi, molybdaatti, volframaatti jne. Yleisesti käytettyjä aktiivisia ioneja ovat harvinaisten maametallien ionit, kuten neodyymi, erbium ja holmium, samoin kuin siirtymämetalleina, kuten kromi, titaani ja nikkeli.

Joitakin kuuluisia solid-state-lasereita ovat rubiinilaserit, Nd:YAG-laserit, Nd:lasilaserit, Nd:Cr:GSGG-laserit, Er:lasilaserit, aleksandriittilaserit ja titaani:safiirilaserit.

Solid-state laserit voivat toimia joko jatkuvan aallon (CW) tilassa, joka tuottaa jatkuvaa lasertulostusta, tai pulssitilassa, joka tuottaa lyhyitä suuritehoisia laservalopulsseja.

Solid-state lasereiden rakentaminen

Solid-state-laserin valmistamiseksi lasersauva on asennettava kaarilampun tai salamalampun lähelle. Lampun putki on kytketty virtalähteeseen. Lasertanko ja lampun putki on sijoitettu rinnakkain heijastimen ympäröimänä. Laserontelon molemmissa päissä on korkea heijastava peili ja lähtöliitin. Ylimääräisen lämmön poistamiseksi laser jäähdytetään kiertojärjestelmällä, yleensä jäähdytysvedellä tai glykoliseoksella.

Kiinteän olomuodon laserin energiakaavio
Solid-state-laserien käyttämä aktiivinen väliaine on kiinteä materiaali. Yleensä kaikki solid-state-materiaalit pumpataan optisesti, toisin sanoen valonlähdettä käytetään energialähteenä ja syötetään vahvistusväliaineeseen. Pumpun energian absorboitumisen jälkeen vahvistusväliaineessa olevat elektronit virittyvät korkeammalle energiatasolle. Herätetyssä tilassa jotkut elektronit hyppäävät korkeammalta energiatasolta tietylle siirrettävälle energiatasolle.

Muihin virittyneisiin tiloihin verrattuna transienttitilan elinikä on pidempi, joten se voi varastoida ja kerääntyä energiaa. Kun transienttitilassa oleva elektroni muuttuu takaisin perustilaan, vapautuu fotoni, jolla on tietty energia ja aallonpituus. Tätä prosessia kutsutaan stimuloiduksi emissioksi ja se tuottaa koherenttia valoa.

Syntyneet fotonit heijastuvat useita kertoja peilien tai muiden heijastavien elementtien välillä laserontelossa. Tämä takaisinkytkentämekanismi vahvistaa stimuloitua säteilyä ja tuottaa voimakkaan lasersäteen. Vahvistettu osasäde poistuu yhden osittaisen heijastimen läpi muodostaen laserlähdön.

Lähtösäteen viivanleveys on yleensä kapea, jolle on ominaista tietty aallonpituus, joka liittyy transienttitilan ja perustilan väliseen energiaeroon.

Puolijohdelaserien edut:
1. Puolijohdelaserit eivät yleensä koe materiaalihävikkiä kaasulasereihin verrattuna, koska laserväliaine on kiinteässä tilassa. Solid-state-laserin aktiivinen väliaine, kuten kristalli tai lasi, säilyttää koostumuksensa, eikä kuluta tai tyhjene käytön aikana.
3. Solid-state laserit voivat tuottaa sekä jatkuvaa että pulssilähtöä.
4. Niiden rakenne on suhteellisen yksinkertainen.
Solid-state lasereiden haitat:
1. Puolijohdelaserit ovat vähemmän tehokkaita muuntamaan syöttöenergiaa lasertehoksi.
2. Lasersäteen hajonta ei ole vakio ja voi vaihdella välillä 1 milliradiaani ja 20 milliradiaani.
3. Tehohäviö voi tapahtua, jos lasersauva ylikuumenee.

Solid-state lasereiden sovellukset:
Solid-state-lasereilla on laaja valikoima sovelluksia eri aloilla. Spektroskopian ja tietoliikenteen lisäksi solid-state lasereiden sovelluksia ovat mm
Materiaalinkäsittely: Puolijohdelasereita käytetään laajalti erilaisten materiaalien, kuten metallien, muovien, keramiikan ja komposiittien, leikkaamiseen, poraamiseen, hitsaukseen ja kaivertamiseen. Ne ovat erittäin tarkkoja ja pystyvät käsittelemään sekä makro- että mikroprosessointitehtäviä.
Lääketiede ja biolääketiede: Näitä lasereita käytetään lääketieteellisissä toimenpiteissä, kuten laserkirurgiassa, dermatologiassa (esim. tatuoinnin poisto), oftalmologiassa (esim. näönkorjauksessa), hammaslääketieteessä ja kosmetiikassa. Ne voivat kohdistaa ja poistaa tarkasti kudoksen aiheuttaen mahdollisimman vähän vahinkoa ympäröiville alueille.
Tieteellinen tutkimus: Tärkeitä työkaluja tieteelliseen tutkimukseen, mukaan lukien spektroskopia, fluoresenssikuvaus, hiukkaskiihdytys ja ultranopeiden ilmiöiden tutkimus. Ne pystyvät tarjoamaan tarkasti ohjattavia valonlähteitä materiaalien ja fysikaalisten ja kemiallisten perusprosessien tutkimiseen.
Puolustus ja turvallisuus: Näitä lasereita käytetään puolustus- ja turvallisuussovelluksissa, mukaan lukien laserkohteiden osoittimet, etäisyysmittaus, suunnatun energian aseet ja laservastatoimet. Ne tarjoavat tarkkoja ja tehokkaita valonlähteitä sotilas-, ilmailu- ja turvallisuuskäyttöön.
Tietoliikenne: Puolijohdelasereilla on tärkeä rooli kuituoptisissa viestintäjärjestelmissä, ja ne toimivat optisina vahvistimina ja valonlähteinä signaalien lähettämiseksi pitkiä matkoja korkeilla tiedonsiirtonopeuksilla.

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, ota rohkeasti yhteyttä. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitettamme tarjota asiakkaillemme korkeaa laatua, edullisia hintoja ja parasta palvelua.