Prinsip Kerja Dan Penerapan Laser Solid-state

Laser Padatmerupakan laser yang menggunakan bahan laser padat sebagai bahan kerjanya. Laser rubi yang ditemukan oleh TH Maiman pada tahun 1960 merupakan laser solid-state dan laser pertama di dunia. Laser padat umumnya terdiri dari bahan kerja laser, sumber eksitasi, rongga pemfokusan, reflektor rongga resonansi, dan catu daya.

Bahan kerja padat yang digunakan dalam laser jenis ini dibuat dengan doping ion logam yang dapat menghasilkan emisi terstimulasi ke dalam kristal. Ada tiga jenis ion logam utama yang dapat menghasilkan emisi terstimulasi dalam padatan: (1) ion logam transisi (seperti Cr3+); (2) sebagian besar ion logam lantanida (seperti Nd3+, Sm2+, Dy2+, dll.); (3) aktinium Merupakan ion logam (seperti U3+). Ciri-ciri utama ion logam yang didoping ke dalam matriks padat adalah: pita spektral serapan efektif yang relatif lebar, efisiensi fluoresensi yang relatif tinggi, masa pakai fluoresensi yang relatif lama, dan garis spektral fluoresensi yang relatif sempit, sehingga rentan terhadap inversi nomor partikel dan emisi terstimulasi. Kristal buatan yang digunakan sebagai matriks kristal terutama meliputi: korundum (NaAlSi2O6), yttrium aluminium garnet (Y3Al5, O12), kalsium tungstat (CaWO4), kalsium fluorida (CaF2), dll., serta yttrium aluminat (YAlO3), berilium Lanthanum asam (La2Be2O5), dll. Substrat kaca yang digunakan sebagian besar adalah kaca optik silikat berkualitas tinggi, seperti kaca mahkota barium dan kaca mahkota kalsium yang umum digunakan. Dibandingkan dengan matriks kristal, ciri utama matriks kaca adalah kemudahan persiapan dan ketersediaan bahan berkualitas tinggi dalam ukuran besar. Persyaratan utama untuk kristal dan substrat kaca adalah: kemudahan penggabungan ion logam bercahaya untuk aktivasi; karakteristik spektral yang baik, karakteristik transmitansi optik dan tingkat keseragaman optik (indeks bias) yang tinggi; sifat fisik yang cocok untuk pengoperasian laser jangka panjang dan sifat kimia (seperti sifat termal, sifat anti-degradasi, stabilitas kimia, dll.). Laser kristal biasanya diwakili oleh rubi (Al2O3: Cr3+) dan garnet aluminium yttrium yang didoping neodymium (disingkat YAG: Nd3+). Laser kaca biasanya diwakili oleh laser kaca neodymium.

Bahan kerja laser padat

Bahan kerja laser solid-state terdiri dari kristal atau kaca transparan optik sebagai bahan matriks, diolah dengan ion pengaktif atau zat pengaktif lainnya. Zat kerja ini umumnya harus memiliki sifat fisik-kimia yang baik, garis spektral fluoresensi yang sempit, pita serapan yang kuat dan lebar, serta efisiensi kuantum fluoresensi yang tinggi.

Bahan pengerjaan laser kaca mudah dibuat menjadi bahan seragam berukuran besar dan dapat digunakan dalam laser berenergi tinggi atau berkekuatan puncak tinggi. Namun, garis spektrum fluoresensinya lebih lebar dan kinerja termalnya buruk, sehingga tidak cocok untuk bekerja dengan daya rata-rata tinggi. Kacamata neodymium yang umum termasuk gelas silikat, fosfat, dan fluorofosfat. Pada awal 1980-an, kaca neodymium dengan koefisien suhu indeks bias negatif berhasil dikembangkan, yang dapat digunakan pada laser energi menengah dan kecil dengan tingkat pengulangan yang tinggi.

Bahan kerja laser kristal umumnya memiliki sifat termal dan mekanik yang baik serta garis spektral fluoresensi yang sempit, namun teknologi pertumbuhan kristal untuk mendapatkan bahan berukuran besar berkualitas tinggi rumit. Sejak tahun 1960-an, lebih dari 300 jenis kristal oksida dan fluorida yang didoping dengan berbagai logam tanah jarang atau ion logam transisi telah mencapai osilasi laser. Kristal laser yang umum digunakan termasuk rubi (Cr:Al2O3, panjang gelombang 6943 Angstrom), garnet aluminium yttrium yang didoping neodymium (Nd:Y3Al5O12, disebut sebagai Nd:YAG, panjang gelombang 1,064 mikron), litium yttrium fluorida (LiYF4, disebut sebagai YLF; Nd:YLF , panjang gelombang 1,047 atau 1,05 mikron; Ho:Er:Tm:YLF, panjang gelombang 2,06 mikron), dll.

Sejak tahun 1973, telah ada jenis kristal laser yang dapat diaktifkan sendiri lainnya. Ion teraktivasinya merupakan komponen kimia kristal, sehingga konsentrasi ion teraktivasi tinggi dan pemadaman fluoresensi tidak akan terjadi. Kristal ini memiliki penguatan laser yang tinggi dan ambang ekstraksi yang rendah. Varietas utama termasuk neodymium pentaphosphate (NdP5O14), lithium neodymium tetraphosphate (NdLiP4O12), dan neodymium aluminium borate (NdAl3(BO4)3). Mereka sebagian besar ditanam dengan metode garam cair dan memiliki ukuran kristal kecil, sehingga dapat digunakan dalam laser solid-state kecil.

Berbagai kristal laser merdu dengan karakteristik fluoresensi broadband telah dikembangkan, seperti chrysoberyl dengan transisi fonon terminal (Cr:BeAl2O4, panjang gelombang 0.701-00,815 mikron, beroperasi pada suhu kamar), nikel- magnesium fluorida yang didoping (Ni: MgF2, panjang gelombang 1,6~1,8 mikron, bekerja pada suhu rendah), litium yttrium fluorida yang didoping cerium dengan transisi 5d→4f (Ce:YLF, panjang gelombang 0.306 ~00,315 mikron, dieksitasi oleh laser excimer, bekerja pada suhu kamar) dan pusat warna kristal laser alkali halida (kalium klorida, litium fluorida, dll. yang tidak didoping atau didoping, panjang gelombang 0,8~3,9 mikron, sebagian besar berfungsi pada suhu rendah).

Sumber eksitasi laser padat

Laser padat menggunakan cahaya sebagai sumber eksitasi. Sumber eksitasi pulsa yang umum digunakan meliputi lampu flash bermuatan xenon; sumber eksitasi terus menerus termasuk lampu busur kripton, lampu tungsten yodium, lampu kalium rubidium, dll. Dalam laser kecil yang tahan lama, dioda pemancar cahaya semikonduktor atau sinar matahari dapat digunakan sebagai sumber eksitasi. Beberapa laser solid-state baru juga menggunakan eksitasi laser.

Karena hanya sebagian spektrum emisi sumber cahaya yang diserap oleh material yang bekerja, ditambah kerugian lainnya, efisiensi konversi energi laser solid-state tidak tinggi, umumnya antara beberapa seperseribu hingga beberapa persen.

Karakteristik laser padat

Laser padat dapat digunakan sebagai sumber cahaya koheren berenergi tinggi dan berdaya tinggi. Energi keluaran laser pulsa rubi dapat mencapai tingkat kilojoule. Sistem laser kaca neodymium yang diperkuat Q-switched dan multi-tahap memiliki daya pulsa maksimum 10 watt. Daya keluaran laser kontinu yttrium aluminium garnet dapat mencapai ratusan watt, dan sambungan seri multi-tahap dapat mencapai kilowatt.

Laser solid-state menggunakan teknologi Q-switching (modulasi cahaya tampak) untuk menghasilkan pulsa pendek mulai dari nanodetik hingga ratusan nanodetik, dan menggunakan teknologi penguncian mode untuk mendapatkan pulsa ultra-pendek mulai dari pikodetik hingga ratusan pikodetik.

Karena ketidakhomogenan optik dari bahan kerja dan alasan lainnya, keluaran laser solid-state umum adalah multi-mode. Jika bahan kerja dengan keseragaman optik yang baik dipilih dan rongga resonansi dirancang dengan cermat dan tindakan teknis lainnya diambil, laser mode transversal fundamental (TEM00) dengan sudut divergensi sinar mendekati batas difraksi dapat diperoleh , dan satu laser mode longitudinal juga dapat diperoleh.

Aplikasi dan tren laser solid-state

Laser solid-state memiliki kegunaan yang luas dalam bidang militer, pemrosesan, medis, dan penelitian ilmiah. Hal ini biasa digunakan dalam jangkauan, pelacakan, bimbingan, pengeboran, pemotongan dan pengelasan, anil bahan semikonduktor, pemrosesan mikro perangkat elektronik, deteksi atmosfer, penelitian spektroskopi, pembedahan dan bedah mata, diagnosis plasma, holografi pulsa dan fusi laser, dll. . . Laser solid-state juga digunakan sebagai sumber eksitasi untuk laser pewarna merdu.

Tren perkembangan laser solid-state adalah diversifikasi bahan dan perangkat, termasuk pencarian panjang gelombang baru dan bahan kerja baru dengan panjang gelombang operasi yang dapat disetel, meningkatkan efisiensi konversi laser, meningkatkan daya keluaran, meningkatkan kualitas sinar, mengompresi lebar pulsa, meningkatkan keandalan dan memperpanjang umur kerja.

Kontak informasi:

Jika Anda punya ide, jangan ragu untuk berbicara dengan kami. Tidak peduli di mana pelanggan kami berada dan apa kebutuhan kami, kami akan mengikuti tujuan kami untuk menyediakan pelanggan kami dengan kualitas tinggi, harga murah, dan layanan terbaik.