Vad är halvledarlasrar?

Solid State Laserär en laser vars ljusemitterande medium är ett fast material, vanligtvis en kristall eller glas, dopad med joner av sällsynta jordartsmetaller eller övergångsmetaller, snarare än en vätska eller gas.

Solid-state lasrar avger laserljus över ett brett spektrum av våglängder, från ultraviolett (UV) till infrarött (IR), beroende på valet av dopningsmedel och sammansättningen av kristallen eller glaset. Uteffekten kan variera från milliwatt (mW) till flera watt (W), eller till och med högre, beroende på den specifika laserdesignen, förstärkningsmediet och pumpmekanismen.

Solid-state lasrar består huvudsakligen av två delar: ett fast värdmaterial och aktiva joner dopade i värdmaterialet. Aktiva joner måste ha specifika egenskaper, såsom skarpa fluorescenslinjer, breda absorptionsband och hög kvanteffektivitet vid önskad våglängd. Å andra sidan bör värdmaterialet ha egenskaper som hållfasthet, brottmotstånd, hög värmeledningsförmåga och optisk kvalitet.

Efter dopning med sällsynta jordartsmetalljoner uppvisar både glas och kristallina material dessa önskade egenskaper. Lämpliga värdmaterial inkluderar silikatglas, fosfatglas och olika kristallina material såsom granat, aluminat, metalloxid, fluorid, molybdat, volframat, etc. Vanligt använda aktiva joner inkluderar också sällsynta jordartsmetalljoner såsom neodym, erbium och holmium. som övergångsmetaller som krom, titan och nickel.

Några kända solid-state-lasrar inkluderar rubin-lasrar, Nd:YAG-lasrar, Nd:glaslasrar, Nd:Cr:GSGG-lasrar, Er:glaslasrar, alexandritlasrar och titan:safirlasrar.

Solid-state lasrar kan arbeta i antingen kontinuerligt vågläge (CW), som producerar kontinuerlig laserutgång, eller pulsat läge, som producerar korta pulser av laserljus med hög effekt.

Konstruktion av halvledarlasrar

För att göra en solid state-laser måste en laserstav installeras nära en båglampa eller blixtlampa. Lampröret är anslutet till en strömkälla. Laserstaven och lampröret är anordnade parallellt, omgivna av en reflektor. I båda ändarna av laserkaviteten är en högreflekterande spegel och en utgångskopplare placerade. För att avlägsna överskottsvärme kyls lasern med hjälp av ett cirkulationssystem, vanligtvis med kylvatten eller en glykolblandning.

Solid-state laser energidiagram
Det aktiva mediet som används av halvledarlasrar är ett fast material. I allmänhet pumpas alla material i fast tillstånd optiskt, det vill säga en ljuskälla används som energikälla och appliceras på förstärkningsmediet. Efter att ha absorberat pumpenergin exciteras elektronerna i förstärkningsmediet till en högre energinivå. I det exciterade tillståndet kommer vissa elektroner att hoppa från en högre energinivå till en specifik överförbar energinivå.

Jämfört med andra exciterade tillstånd är livslängden för det transienta tillståndet längre, så det kan lagra och ackumulera energi. När elektronen i det transienta tillståndet ändras tillbaka till grundtillståndet frigörs en foton med en specifik energi och våglängd. Denna process kallas stimulerad emission och producerar koherent ljus.

De genererade fotonerna reflekteras flera gånger mellan speglar eller andra reflekterande element i laserkaviteten. Denna återkopplingsmekanism förstärker den stimulerade emissionen och producerar en intensiv laserstråle. Den förstärkta delstrålen försvinner genom en av delreflektorerna för att bilda laserutgången.

Den utgående strålen har vanligtvis en smal linjebredd, som kännetecknas av en specifik våglängd relaterad till energiskillnaden mellan transienttillståndet och marktillståndet.

Fördelar med halvledarlasrar:
1. Solid-state lasrar upplever i allmänhet ingen materialförlust jämfört med gaslasrar eftersom lasermediet är i fast tillstånd. Det aktiva mediet i en fast-tillståndslaser, såsom en kristall eller glas, bibehåller sin sammansättning och förbrukar eller utarmas inte under drift.
3. Solid-state lasrar kan producera både kontinuerlig och pulsad utsignal.
4. Deras konstruktion är relativt enkel.
Nackdelar med halvledarlasrar:
1. Solid-state lasrar är mindre effektiva när det gäller att omvandla ingående energi till laserutgång.
2. Laserstrålens divergens är inte konstant och kan variera mellan 1 milliradian och 20 milliradian.
3. Strömförlust kan uppstå när laserstaven är överhettad.

Tillämpningar av halvledarlasrar:
Solid-state lasrar har ett brett användningsområde inom olika områden. Förutom spektroskopi och telekommunikation inkluderar tillämpningar av halvledarlasrar
Materialbearbetning: Solid-state lasrar används ofta för skärning, borrning, svetsning och gravering av olika material som metaller, plaster, keramik och kompositer. De är mycket noggranna och kan hantera både makro- och mikrobearbetningsuppgifter.
Medicinsk och biomedicinsk: Dessa lasrar används i medicinska procedurer som laserkirurgi, dermatologi (t.ex. tatueringsborttagning), oftalmologi (t.ex. synkorrigering), tandvård och kosmetika. De kan exakt rikta in sig på och ta bort vävnad med minimal skada på omgivande områden.
Vetenskaplig forskning: Viktiga verktyg för vetenskaplig forskning, inklusive spektroskopi, fluorescensavbildning, partikelacceleration och studiet av ultrasnabba fenomen. De kan tillhandahålla exakt kontrollerbara ljuskällor för att studera material och grundläggande fysikaliska och kemiska processer.
Försvar och säkerhet: Dessa lasrar används i försvars- och säkerhetstillämpningar, inklusive lasermålbeteckningar, avståndssökning, riktade energivapen och lasermotåtgärder. De tillhandahåller exakta och kraftfulla ljuskällor för militär, flyg- och säkerhetsanvändning.
Telekommunikation: Solid-state lasrar spelar en viktig roll i fiberoptiska kommunikationssystem och fungerar som optiska förstärkare och ljuskällor för att överföra signaler över långa avstånd med höga datahastigheter.

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.