ЧТО ТАКОЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР?

Этот класс лазера, который работает в твердой среде. Некоторые атомы, когда они содержатся в подходящем кристаллической структуре, могут возбуждаться светом от внешнего источника, вызывая генерацию. Кристалл обычно представляет собой цилиндрический стержень, который при установке в оптическом резонаторе представляет простой и универсальный твердотельный лазер. Наиболее распространенным представителем семейства твердотельных лазеров является неодимовый лазер.

Стекло и иттрий-алюминиевый гранат (YAG) являются распространенными материалами для неодимового твердотельного лазера. Наиболее известные альтернативы YAG включают фторид лития иттрия (YLiF 4 ), известный под аббревиатурой YLF, среды на основе оксида вольфрама и кристаллы сапфира, обычно легированные частицами титана. Эти лазеры создают различные длины волн на выходе, как показано ниже, причем наиболее распространенные длины волн, используемые для обработки материалов, показаны первыми.

Различные варианты также доступны для источника накачки, выбор которого сильно влияет на характеристики лазера. Непрерывные дуговые лампы, импульсные фонари и совсем недавно диодные лазеры используются в промышленности. Твердотельные лазеры могут генерировать непрерывные пучки мощностью от нескольких милливатт до нескольких кВт, короткие импульсы с пиковой мощностью в диапазоне гигаватт или импульсные лучи со средней мощностью в диапазоне кВт.

Аксессуары для этих лазеров могут смещать выходную длину волны от ближней инфракрасной области к видимой (умножение частоты) или генерировать импульсы высокой энергии, короткие импульсы.

С дополнительным преимуществом доставки оптоволоконного пучка становится совершенно очевидным, почему лазер Nd: YAG (в частности) играет такую важную роль в приложениях обработки материалов. На рис.1 показано схематическое расположение твердотельного лазера с диодной накачкой Nd: YAG, который обеспечивает более высокую эффективность благодаря почти идеальной длине волны накачки GaAs-лазера (при 0,8 мкм) и меньшим размерам. Эффективность лазера Nd: YAG с диодной накачкой (настенная вилка) может достигать 10% по сравнению с обычно 2-3% КПД лазеров с ламповой накачкой.

Одной из последних разработок в области твердотельных лазеров является лазер на тонких дисках, который недавно стал коммерчески доступным с мощностью до 1 кВт. Активная среда в этом лазере состоит из кристалла YAG, легированного иттербием, с длиной волны 1030 нм. Среда генерации принимает форму тонкого диска, а не стержня, что улучшает рассеивание тепла и уменьшает эффект «тепловой линзы». Конечным результатом является улучшение качества луча.

Другой выдающейся недавней разработкой в области твердотельного лазера является волоконный лазер. В одном из примеров этого лазера оптическое волокно, легированное иттербием, накачивается на конце диодным лазером, однако существует несколько различных конструкций и технологий оболочки волокна, которые конкурируют на рынке обработки материалов. В одномодовой конфигурации было достигнуто почти 1 кВт мощности, а в многорежимной — до 10 кВт за счет объединения лучей нескольких отдельных лазеров.

Расходимость лучей неодимового лазера с ламповой накачкой обычно составляет несколько миллирадиан с пучками диаметром несколько мм. Расхождения лучей, как правило, меньше для лазеров с диодной накачкой, так же как и диаметры лучей, которые обусловлены использованием стержней меньшего диаметра. В приведенной ниже таблице показано сравнение типичных характеристик луча для различных коммерчески доступных твердотельных лазерных технологий при мощности 1 кВт. В ближней инфракрасной области спектра в качестве пропускающих оптических элементов используются стекло, плавленый кварц и кварц. Отражающие зеркала могут быть из полированной меди или стекла с соответствующим покрытием.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>