Kluczowe właściwości ośrodka wzmacniającego laser

Jakie są kluczowe cechy nośników wzmocnienia laserowego?

Medium wzmacniające laser, znane również jako substancja robocza lasera, odnosi się do układu materiałów stosowanego do osiągnięcia inwersji populacji cząstek i wygenerowania promieniowania stymulowanego w celu uzyskania wzmocnienia światła. Jest to podstawowy element lasera, przenoszący dużą liczbę atomów lub cząsteczek, te atomy lub cząsteczki pod wzbudzeniem energii zewnętrznej mogą przejść do stanu wzbudzonego i poprzez wzbudzone promieniowanie uwolnić fotony, tworząc w ten sposóbświatło lasera. Medium wzmacniające lasera może być materiałem stałym, ciekłym, gazowym lub półprzewodnikowym.
W laserach na ciele stałym powszechnie stosowanymi ośrodkami wzmacniającymi są kryształy domieszkowane jonami metali ziem rzadkich lub jonami metali przejściowych, takie jak kryształy Nd:YAG, kryształy Nd:YVO4 itp. W laserach cieczowych jako środki wzmacniające często stosuje się barwniki organiczne. Lasery gazowe wykorzystują gaz jako ośrodek wzmacniający, taki jak dwutlenek węgla w laserach z dwutlenkiem węgla oraz hel i neon w laserach helowo-neonowych.Lasery półprzewodnikowejako medium wzmacniające należy stosować materiały półprzewodnikowe, takie jak arsenek galu (GaAs).
Kluczowe cechy ośrodka wzmacniającego lasera obejmują:
Struktura poziomów energii: Atomy lub cząsteczki w ośrodku wzmacniającym muszą mieć odpowiednią strukturę poziomów energii, aby osiągnąć odwrócenie populacji pod wpływem wzbudzenia energii zewnętrznej. Zwykle oznacza to, że różnica energii między wyższym i niższym poziomem energii musi odpowiadać energii fotonu o określonej długości fali.

Właściwości przejściowe: Atomy lub cząsteczki w stanach wzbudzonych muszą mieć stabilne właściwości przejściowe, aby uwolnić spójne fotony podczas promieniowania wzbudzonego. Wymaga to, aby ośrodek wzmacniający miał wysoką wydajność kwantową i niskie straty.
Stabilność termiczna i wytrzymałość mechaniczna: W zastosowaniach praktycznych ośrodek wzmacniający musi wytrzymywać światło pompy o dużej mocy i moc lasera, dlatego musi mieć dobrą stabilność termiczną i wytrzymałość mechaniczną.
Jakość optyczna: Jakość optyczna ośrodka wzmacniającego ma kluczowe znaczenie dla wydajności lasera. Aby zapewnić jakość i stabilność wiązki laserowej, musi mieć wysoką przepuszczalność światła i niskie straty rozproszenia. Wybór ośrodka wzmacniającego lasera zależy od wymagań aplikacjilaser, długość fali roboczej, moc wyjściowa i inne czynniki. Optymalizując materiał i strukturę ośrodka wzmacniającego, można jeszcze bardziej poprawić wydajność i efektywność lasera.