Wat zijn vastestoflasers?

Vastestoflasersis een laser waarvan het lichtuitstralende medium een ​​vast materiaal is, meestal een kristal of glas, gedoteerd met zeldzame aarde- of overgangsmetaalionen, in plaats van een vloeistof of gas.

Vastestoflasers zenden laserlicht uit over een breed golflengtebereik, van ultraviolet (UV) tot infrarood (IR), afhankelijk van de keuze van het doteringsmiddel en de samenstelling van het kristal of glas. Het uitgangsvermogen kan variëren van milliwatt (mW) tot enkele watt (W), of zelfs hoger, afhankelijk van het specifieke laserontwerp, het versterkingsmedium en het pompmechanisme.

Vastestoflasers bestaan ​​hoofdzakelijk uit twee delen: een vast gastmateriaal en actieve ionen die in het gastmateriaal zijn gedoteerd. Actieve ionen moeten specifieke eigenschappen hebben, zoals scherpe fluorescentielijnen, brede absorptiebanden en een hoge kwantumefficiëntie bij de gewenste golflengte. Aan de andere kant moet het gastheermateriaal eigenschappen hebben zoals sterkte, breukweerstand, hoge thermische geleidbaarheid en optische kwaliteit.

Na dotering met zeldzame aardionen vertonen zowel glas als kristallijne materialen deze gewenste eigenschappen. Geschikte gastheermaterialen omvatten silicaatglas, fosfaatglas en verschillende kristallijne materialen zoals granaat, aluminaat, metaaloxide, fluoride, molybdaat, wolframaat, enz. Algemeen gebruikte actieve ionen omvatten zeldzame aardionen zoals neodymium, erbium en holmium. als overgangsmetalen zoals chroom, titanium en nikkel.

Enkele bekende solid-state lasers zijn onder meer robijnlasers, Nd:YAG-lasers, Nd:glaslasers, Nd:Cr:GSGG-lasers, Er:glaslasers, alexandrietlasers en titanium:saffierlasers.

Solid-state lasers kunnen werken in de continue golfmodus (CW), die een continue laseruitvoer produceert, of in de gepulseerde modus, die korte pulsen laserlicht met hoog vermogen produceert.

Constructie van vastestoflasers

Om een ​​vastestoflaser te maken, moet een laserstaaf in de buurt van een booglamp of flitslamp worden geïnstalleerd. De lampbuis is aangesloten op een stroombron. De laserstaaf en de lampbuis zijn parallel opgesteld, omgeven door een reflector. Aan beide uiteinden van de laserholte zijn een hoogreflecterende spiegel en een uitgangskoppeling geplaatst. Om overtollige warmte af te voeren, wordt de laser gekoeld met behulp van een circulatiesysteem, meestal met behulp van koelwater of een glycolmengsel.

Solid-state laserenergiediagram
Het actieve medium dat door vastestoflasers wordt gebruikt, is een vast materiaal. Over het algemeen worden alle vaste stoffen optisch gepompt, dat wil zeggen dat een lichtbron als energiebron wordt gebruikt en op het versterkingsmedium wordt toegepast. Na het absorberen van de pompenergie worden de elektronen in het versterkingsmedium opgewonden naar een hoger energieniveau. In de aangeslagen toestand zullen sommige elektronen van een hoger energieniveau naar een specifiek overdraagbaar energieniveau springen.

Vergeleken met andere aangeslagen toestanden is de levensduur van de transiënte toestand langer, zodat deze energie kan opslaan en accumuleren. Wanneer het elektron in de transiënte toestand terugkeert naar de grondtoestand, komt er een foton vrij met een specifieke energie en golflengte. Dit proces wordt gestimuleerde emissie genoemd en produceert coherent licht.

De gegenereerde fotonen worden meerdere keren gereflecteerd tussen spiegels of andere reflecterende elementen in de laserholte. Dit feedbackmechanisme versterkt de gestimuleerde emissie en produceert een intense laserstraal. De versterkte deelbundel ontsnapt door een van de deelreflectoren en vormt de laseruitvoer.

De uitgangsbundel heeft doorgaans een smalle lijnbreedte, die wordt gekenmerkt door een specifieke golflengte die verband houdt met het energieverschil tussen de transiënte toestand en de grondtoestand.

Voordelen van vastestoflasers:
1. Vastestoflasers ondervinden over het algemeen geen materiaalverlies vergeleken met gaslasers, omdat het lasermedium zich in vaste toestand bevindt. Het actieve medium in een vastestoflaser, zoals een kristal of glas, behoudt zijn samenstelling en verbruikt of raakt niet uitgeput tijdens gebruik.
3. Solid-state lasers kunnen zowel continue als gepulseerde output produceren.
4. Hun constructie is relatief eenvoudig.
Nadelen van vastestoflasers:
1. Vastestoflasers zijn minder efficiënt in het omzetten van invoerenergie in laseruitvoer.
2. De divergentie van de laserstraal is niet constant en kan variëren tussen 1 milliradiaal en 20 milliradiaal.
3. Er kan vermogensverlies optreden als de laserstaaf oververhit raakt.

Toepassingen van vastestoflasers:
Vastestoflasers hebben een breed scala aan toepassingen op verschillende gebieden. Naast spectroscopie en telecommunicatie omvatten toepassingen van vastestoflasers ook
Materiaalverwerking: Vastestoflasers worden veel gebruikt voor het snijden, boren, lassen en graveren van verschillende materialen zoals metalen, kunststoffen, keramiek en composieten. Ze zijn zeer nauwkeurig en kunnen zowel macro- als microverwerkingstaken aan.
Medisch en biomedisch: Deze lasers worden gebruikt bij medische procedures zoals laserchirurgie, dermatologie (bijvoorbeeld het verwijderen van tatoeages), oogheelkunde (bijvoorbeeld oogcorrectie), tandheelkunde en cosmetica. Ze kunnen weefsel nauwkeurig richten en ablateren met minimale schade aan de omliggende gebieden.
Wetenschappelijk onderzoek: Belangrijke hulpmiddelen voor wetenschappelijk onderzoek, waaronder spectroscopie, fluorescentiebeeldvorming, deeltjesversnelling en de studie van ultrasnelle verschijnselen. Ze zijn in staat nauwkeurig regelbare lichtbronnen te leveren voor het bestuderen van materialen en fundamentele fysische en chemische processen.
Defensie en veiligheid: Deze lasers worden gebruikt in defensie- en veiligheidstoepassingen, waaronder laserdoelaanduidingen, afstandsbepaling, gerichte energiewapens en lasertegenmaatregelen. Ze bieden nauwkeurige en krachtige lichtbronnen voor militaire, ruimtevaart- en veiligheidsdoeleinden.
Telecommunicatie: Solid-state lasers spelen een cruciale rol in glasvezelcommunicatiesystemen en fungeren als optische versterkers en lichtbronnen om signalen over lange afstanden met hoge datasnelheden te verzenden.

Contactgegevens:

Heeft u ideeën? Neem dan gerust contact met ons op. Waar onze klanten zich ook bevinden en wat onze eisen ook zijn, wij zullen ons doel volgen om onze klanten hoge kwaliteit, lage prijzen en de beste service te bieden.