Primul laser realizat în 1960 de rubin pe un cristal de rubin ca mediu activ a fost un laser solid, iar laserul de acest tip încă aparține clasei celor mai importante. Acest laser este potrivit, în special, pentru obținerea unor puteri impulsive mari și foarte mari și găsește o varietate de aplicații practice.
Radiația lasere cu semiconductori este utilizat în principal în domeniul opticii neliniare, procesarea materialului (sudură cu fascicul laser, tăiere cu laser, etc.), aparatura de măsurare precum și pentru a crea o plasmă în fuziunea cu laser.
Un laser solid conține, ca mediu activ, cristale sau sticle activate de ioni metalici sau de ioni de pământuri rare. Acești ioni activi absorb radiațiile optice într-o regiune spectrală largă. Ca urmare a proceselor de relaxare sau a tranzițiilor radiative prin diferite niveluri intermediare, un nivel relativ de lungă durată (metastabil) este excitat ca nivelul inițial pentru emisia de emisii stimulată, adică tranziție laser. Laserele cu stare solidă emit în mod predominant în regiunile spectrale vizibile și IR.
Excitarea are loc exclusiv prin pomparea optică folosind surse de lumină adecvate într-un dispozitiv special (pentru introducerea eficientă a radiației de pompare într-un mediu laser).
Laserele cu stare solidă sunt caracterizate printr-un design compact relativ simplu (Figura 1) și putere pulsată mare (cu o calitate relativ scăzută a radiației).
Fig. 1 - Reprezentarea schematică a laserului solid: 1 - oglindă; Diafragmă cu 2 moduri; Reflector 3; 4 - tija laser; 5 - lampă cu pompă
Pompate lasere în stare solidă se produce direct prin radiație. inversare a populației este creată la nivelul inferior cu laser este slab populate (excepție - cu laser cu rubin) datorită excitație suficientă a nivelului superior, în același timp, ca și tranzițiile cu laser se adresează în mod avantajos, astfel de treceri, care au un spectru de emisie maximă a intensității fluorescenței.
Elementele active sunt realizate sub formă de tije cu suprafețe lustruite, cu acoperiri oglindă aplicate și, de asemenea, cu o suprafață tratată pentru introducerea efectivă a radiației pompei.
Radiația de pompare este creată în mod pulsatoriu sau continuu prin intermediul unor lămpi de diferite forme și umplere cu gaz, precum și prin utilizarea unui laser. Pomparea cu lasere este deosebit de eficientă.
Sursele de pompare pentru laserele cu solidaritate sunt: lămpi xenon, lămpi krypton, lămpi cu mercur de înaltă presiune, lămpi cu halogen.
Din stare solidă cu laser cel mai larg utilizat pentru procesarea materialelor (sudarea cu fascicul laser, decupare cu laser de metal, etc.) lasere rubin Received, sticlă neodim și granate neodimiu.
Ruby laser. Acest laser funcționează în principal în modul pulsatoriu și generează radiații la o lungime de undă de 0,943 um. Datorită posibilității de obținere a unor puteri pulsate mari, precum și a prezenței cristalelor de rubin de înaltă calitate optică, un laser rubinic - și în prezent unul dintre cele mai faimoase lasere de stare solidă. Rubenul cristal este format din molecule de oxid de aluminiu, în zăcământul său, se introduc ioni de crom în loc de anumiți ioni de aluminiu.
Cristale Ruby au o formă de tijă cu diametrul de 0,3-2 cm și o lungime de 30 cm. cristale Ruby unui optic de bună calitate este relativ ușor de fabricat, ele au o rezistență mecanică ridicată și o conductivitate termică ridicată, care facilitează răcirea cristalului.
Radiația pompei este generată de lămpi puternice cu xenon de tijă cu mai multe reflectoare eliptice sau lămpi cu spirală.
Emisia unui laser rubinic este caracterizată de o putere mare, cu o calitate scăzută a radiației (distribuție neomogenă de-a lungul secțiunii transversale, caracter de radiație spike).
sticlă cu laser neodim. Acest laser este un laser în stare solidă care emite în domeniul infraroșu apropiat, care este utilizat, de exemplu, pentru dispozitive de fuziune cu laser, de prelucrare a materialului (sudură cu fascicul laser, tăiere cu laser, etc.), sau - la puteri mai mici - ca un laser pompa.
Laserul din sticlă de neodim operează într-o schemă pe patru niveluri. Deoarece nivelul inferior al laserului este aproape neocupat, acest tip de laser are o putere de prag relativ scăzută, ca urmare nu este dificil să se efectueze o operație continuă.
Pentru pomparea optică sunt utilizate în mod predominant tuburi cu bile de tip tub cu reflector eliptic. Se folosesc sticle de silicat, fosfat și bariu ca material matriceal. Avantajele sticlei constau în simplitatea fabricării elementelor active cu dimensiuni mari și o calitate optică bună.
Dezavantajele sunt asociate cu o conductivitate termică scăzută (sunt necesare ochelari speciali pentru funcționarea continuă), o lărgire puternică a liniei de fluorescență și a liniei de absorbție (parțial neomogen); raportul nefavorabil al lățimii neomogene la lățimea omogenă a liniei de fluorescență din sticla de silicat.
Nd-YAG lasere. În prezent, acest tip de laser este cel mai important laser solid. Se caracterizează prin faptul că un design relativ simplu realizează o putere mare în modul pulsatoriu la o rată ridicată de repetare a impulsurilor laser (până la 10 kHz) sau chiar în modul neîntrerupt. Principiul fizic al obținerii inversării populației în acest laser coincide exact - cu același ion activ Nd3 + - cu principiul inversării ocupanțelor într-un laser din sticlă de neodim. Principala diferență este utilizarea unei matrice de cristal. Într-un laser cu neodim YAG, vorbim despre granat de ytriu-aluminiu.
Avantajele granatului de ytriu-aluminiu comparativ cu sticla: 1) rezistență și duritate mecanică ridicată; 2) conductivitate termică bună; 3) nu este necesară compensarea taxei.
Cristalele de granat de ytriu-aluminiu sunt utilizate sub formă de tije cu diametrul de 0,3-0,8 și o lungime de 3-10 cm. Excitarea mediului apare prin pomparea optică în următoarele moduri:
a) în modul pulsatoriu - cu lămpi cu xenon, adesea într-un dispozitiv simplu, cu un reflector cilindric;
b) în mod continuu - lămpi cu halogen și, în principal, pentru lămpi cu arc de mare putere - cu dispozitive cu unul sau două reflectoare eliptice.
Nd-YAG laserele sunt principalele surse de pompare și surse de radiații în fizica laser modernă. Laserul generează radiații polarizate liniar și, prin urmare, este adecvat, în special, ca sursă de pompare pentru optica neliniară. Datorită puterii înalte a impulsurilor, ele sunt de asemenea utilizate în oftalmologia pentru tăierea cu laser a țesăturilor. În scopuri industriale (sudarea cu laser, tăierea cu laser a metalelor etc.), laserele Nd-IAG sunt utilizate pentru prelucrarea pieselor mici.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: