Egwyddor Weithio A Chymhwyso Laser Cyflwr Solet

Laser soletyn laser sy'n defnyddio deunydd laser solet fel y sylwedd gweithio. Roedd y laser rhuddem a ddyfeisiwyd gan TH Maiman yn 1960 yn laser cyflwr solet a laser cyntaf y byd. Yn gyffredinol, mae laserau solet yn cynnwys deunydd gweithio laser, ffynhonnell cyffro, ceudod ffocws, adlewyrchydd ceudod soniarus a chyflenwad pŵer.

Mae'r deunydd gweithio solet a ddefnyddir yn y math hwn o laser yn cael ei wneud trwy ddopio ïonau metel a all gynhyrchu allyriadau ysgogol i'r grisial. Mae tri phrif fath o ïonau metel a all gynhyrchu allyriadau ysgogol mewn solidau: (1) ïonau metel trosiannol (fel Cr3 plus ); (2) y rhan fwyaf o ïonau metel lanthanid (fel Nd3 plus , Sm2 plus , Dy2 plus , ac ati); (3) actinium Mae'n ïon metel (fel U3 plus ). Prif nodweddion yr ïonau metel hyn sydd wedi'u dopio i'r matrics solet yw: band sbectrol amsugno effeithiol cymharol eang, effeithlonrwydd fflworoleuedd cymharol uchel, oes fflworoleuedd cymharol hir a llinellau sbectrol fflworoleuedd cymharol gul, felly maent yn dueddol o wrthdroad rhif gronynnau ac allyriadau ysgogol. Mae'r crisialau artiffisial a ddefnyddir fel matrics grisial yn bennaf yn cynnwys: corundum (NaAlSi2O6), garnet alwminiwm yttrium (Y3Al5, O12), tungstate calsiwm (CaWO4), calsiwm fflworid (CaF2), ac ati, yn ogystal ag yttrium aluminate (YAlO3), beryllium Lanthanum asid (La2Be2O5), ac ati Mae'r swbstrad gwydr a ddefnyddir yn bennaf yn wydr optegol silicad o ansawdd uchel, fel gwydr coron bariwm a ddefnyddir yn gyffredin a gwydr coron calsiwm. O'i gymharu â matricsau crisialog, prif nodweddion matricsau gwydr yw rhwyddineb paratoi ac argaeledd hawdd deunyddiau o ansawdd uchel mewn meintiau mawr. Y prif ofynion ar gyfer crisialau a swbstradau gwydr yw: ymgorffori ïonau metel luminescent yn hawdd ar gyfer actifadu; nodweddion sbectrol da, nodweddion trawsyrru optegol a lefel uchel o unffurfiaeth optegol (mynegai plygiannol); priodweddau ffisegol sy'n addas ar gyfer gweithrediad laser hirdymor a phriodweddau cemegol (megis priodweddau thermol, eiddo gwrth-ddiraddio, sefydlogrwydd cemegol, ac ati). Mae laserau grisial yn nodweddiadol yn cael eu cynrychioli gan rhuddem (Al2O3: Cr3 plus ) a garnet alwminiwm yttrium wedi'i dopio â dop neodymium (wedi'i dalfyrru fel YAG: Nd3 plus ). Mae laserau gwydr fel arfer yn cael eu cynrychioli gan laserau gwydr neodymium.

Deunydd gweithio laser solet

Mae deunydd gweithio laser cyflwr solet yn cynnwys grisial neu wydr sy'n dryloyw yn optegol fel deunydd matrics, wedi'i ddopio ag ïonau actifadu neu sylweddau actifadu eraill. Yn gyffredinol, dylai'r sylwedd gweithredol hwn fod â phriodweddau ffisegol-cemegol da, llinellau sbectrol fflworoleuedd cul, bandiau amsugno cryf ac eang ac effeithlonrwydd cwantwm fflworoleuedd uchel.

Mae deunyddiau gweithio laser gwydr yn hawdd eu gwneud yn ddeunyddiau maint mawr unffurf a gellir eu defnyddio mewn laserau ynni uchel neu bŵer brig. Fodd bynnag, mae ei linell sbectrwm fflworoleuedd yn ehangach ac mae ei berfformiad thermol yn wael, gan ei gwneud yn anaddas ar gyfer gweithio o dan bŵer cyfartalog uchel. Mae sbectol neodymium cyffredin yn cynnwys gwydrau silicad, ffosffad a fflworoffosffad. Yn gynnar yn y 1980au, datblygwyd gwydr neodymium gyda chyfernod tymheredd mynegai plygiant negyddol yn llwyddiannus, y gellir ei ddefnyddio mewn laserau ynni canolig a bach gyda chyfraddau ailadrodd uchel.

Yn gyffredinol, mae gan ddeunyddiau gweithio laser grisial briodweddau thermol a mecanyddol da a llinellau sbectrol fflworoleuedd cul, ond mae'r dechnoleg twf grisial i gael deunyddiau maint mawr o ansawdd uchel yn gymhleth. Ers y 1960au, mae mwy na 300 o fathau o grisialau ocsid a fflworid wedi'u dopio â gwahanol fetelau daear prin neu ïonau metel trosiannol wedi cyflawni osciliad laser. Mae crisialau laser a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys rhuddem (Cr: Al2O3, tonfedd 6943 Angstroms), garnet alwminiwm yttrium dop neodymium (Nd: Y3Al5O12, y cyfeirir ato fel Nd:YAG, tonfedd 1.064 micron), fflworid yttrium lithiwm (LiYF4, y cyfeirir ato fel YLF4; Nd:YLF, tonfedd 1.047 neu 1.05 micron; Ho:Er:Tm:YLF, tonfedd 2.06 micron), ac ati.

Ers 1973, bu math arall o grisial laser hunan-ysgogol. Mae ei ïonau actifadu yn elfen gemegol o'r grisial, felly mae crynodiad ïonau actifedig yn uchel ac ni fydd diffodd fflworoleuedd yn digwydd. Mae gan y grisial hwn gynnydd laser uchel a throthwy echdynnu isel. Mae'r prif fathau'n cynnwys neodymium pentaphosphate (NdP5O14), lithiwm neodymium tetraphosphate (NdLiP4O12), a borate alwminiwm neodymium (NdAl3(BO4)3). Fe'u tyfir yn bennaf gan y dull halen tawdd ac mae ganddynt feintiau crisial bach, felly gellir eu defnyddio mewn laserau cyflwr solet bach.

Mae amrywiaeth o grisialau laser tiwnadwy gyda nodweddion fflworoleuedd band eang wedi'u datblygu, megis chrysoberyl gyda thrawsnewidiad ffonon terfynol (Cr:BeAl2O4, tonfedd 0.701-0.815 micron, yn gweithredu ar dymheredd ystafell), nicel- fflworid magnesiwm wedi'i dopio (Ni: MgF2, tonfedd 1.6 ~ 1.8 micron, yn gweithio ar dymheredd isel), fflworid lithiwm yttrium wedi'i dopio â cherium gyda thrawsnewidiad 5d→4f (Ce:YLF, tonfedd 0.306 ~0.315 micron, cynhyrfu gan laser excimer, yn gweithio ar dymheredd ystafell) a chanolfan lliw halid alcali Laser grisial (diop neu doped potasiwm clorid, lithiwm fflworid, ac ati, tonfedd 0.8 ~ 3.9 microns, yn bennaf yn gweithio ar dymheredd isel).

Ffynhonnell excitation laser solet

Mae laserau solet yn defnyddio golau fel ffynhonnell cyffro. Mae ffynonellau cyffro curiad y galon a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys lampau fflach â gwefr xenon; mae ffynonellau excitation parhaus yn cynnwys lampau arc krypton, lampau twngsten ïodin, lampau potasiwm rubidium, ac ati. Mewn laserau bach oes hir, gellir defnyddio deuodau allyrru golau lled-ddargludyddion neu olau'r haul fel ffynonellau cyffroi. Mae rhai laserau cyflwr solet newydd hefyd yn defnyddio cyffro laser.

Gan mai dim ond rhan o sbectrwm allyriadau'r ffynhonnell golau sy'n cael ei amsugno gan y deunydd gweithio, ynghyd â cholledion eraill, nid yw effeithlonrwydd trosi ynni laserau cyflwr solet yn uchel, yn gyffredinol rhwng ychydig filoedd ac ychydig y cant.

Nodweddion laser solet

Gellir defnyddio laserau solet fel ffynonellau golau cydlynol ynni uchel a phwer uchel. Gall egni allbwn laser pwls rhuddem gyrraedd lefel cilojoule. Mae gan y system laser gwydr neodymium chwyddedig Q-switsh ac aml-gam uchafswm pŵer pwls o 10 wat. Gall pŵer allbwn laser garnet yttrium alwminiwm parhaus gyrraedd cannoedd o watiau, a gall cysylltiad cyfres aml-gam gyrraedd cilowat.

Mae laserau cyflwr solid yn defnyddio technoleg cyfnewid Q (modiwleiddio golau gweladwy) i gael corbys byr yn amrywio o nanoseconds i gannoedd o nanoseconds, ac yn defnyddio technoleg cloi modd i gael corbys uwch-fyr yn amrywio o picoseconds i gannoedd o picoseconds.

Oherwydd anhomogenedd optegol y deunydd gweithio a rhesymau eraill, mae allbwn laserau cyflwr solet cyffredinol yn aml-ddull. Os dewisir y deunydd gweithio gydag unffurfiaeth optegol dda a bod y ceudod soniarus wedi'i ddylunio'n ofalus a bod mesurau technegol eraill yn cael eu cymryd, gellir cael y laser modd trawslin sylfaenol (TEM00) gydag ongl dargyfeirio trawst yn agos at y terfyn diffreithiant. , a gellir cael laser modd hydredol sengl hefyd.

Cymwysiadau a thueddiadau laser cyflwr solet

Mae gan laserau cyflwr solid ystod eang o ddefnyddiau mewn meysydd ymchwil milwrol, prosesu, meddygol a gwyddonol. Fe'i defnyddir yn gyffredin mewn amrywio, olrhain, arwain, drilio, torri a weldio, anelio deunyddiau lled-ddargludyddion, micro-brosesu dyfeisiau electronig, canfod atmosfferig, ymchwil sbectrosgopig, llawfeddygaeth a llawdriniaeth offthalmig, diagnosis plasma, holograffeg pwls ac ymasiad laser, ac ati. . . Mae laserau cyflwr solid hefyd yn cael eu defnyddio fel ffynonellau cyffro ar gyfer laserau lliw tiwnadwy.

Tuedd datblygu laserau cyflwr solet yw arallgyfeirio deunyddiau a dyfeisiau, gan gynnwys chwilio am donfeddi newydd a deunyddiau gweithio newydd gyda thonfeddi gweithredu tiwnadwy, gwella effeithlonrwydd trosi'r laser, cynyddu'r pŵer allbwn, gwella ansawdd y trawst, cywasgu lled pwls, gwella dibynadwyedd a bywyd gwaith estynedig.

Gwybodaeth Cyswllt:

Os oes gennych unrhyw syniadau, mae croeso i chi siarad â ni. Ni waeth ble mae ein cwsmeriaid a beth yw ein gofynion, byddwn yn dilyn ein nod i ddarparu ein cwsmeriaid gyda safon uchel, prisiau isel, a'r gwasanaeth gorau.