ما هي ليزر الحالة الصلبة؟

ليزر الحالة الصلبةهو ليزر يكون الوسط الذي ينبعث منه الضوء عبارة عن مادة صلبة، عادة ما تكون بلورة أو زجاج، مطعمة بأتربة نادرة أو أيونات فلزات انتقالية، بدلاً من السائل أو الغاز.

تبعث ليزرات الحالة الصلبة ضوء الليزر عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية، من الأشعة فوق البنفسجية (UV) إلى الأشعة تحت الحمراء (IR)، اعتمادًا على اختيار المادة المشابهة وتركيبة البلورة أو الزجاج. يمكن أن تتراوح طاقة الخرج من مللي واط (mW) إلى عدة واط (W)، أو حتى أعلى، اعتمادًا على تصميم الليزر المحدد، ومتوسط ​​الكسب، وآلية الضخ.

يتكون ليزر الحالة الصلبة أساسًا من جزأين: مادة مضيفة صلبة وأيونات نشطة مخدرة في المادة المضيفة. تحتاج الأيونات النشطة إلى خصائص محددة، مثل خطوط مضان حادة، ونطاقات امتصاص واسعة، وكفاءة كمية عالية عند الطول الموجي المطلوب. من ناحية أخرى، يجب أن تتمتع المادة المضيفة بخصائص مثل القوة ومقاومة الكسر والموصلية الحرارية العالية والجودة البصرية.

بعد التطعيم بأيونات الأرض النادرة، تظهر كل من المواد الزجاجية والبلورية هذه الخصائص المطلوبة. تشمل المواد المضيفة المناسبة زجاج السيليكات وزجاج الفوسفات والمواد البلورية المختلفة مثل العقيق والألومينات وأكسيد المعدن والفلورايد والموليبدات والتنغستات وما إلى ذلك. وتشمل الأيونات النشطة شائعة الاستخدام أيونات الأرض النادرة مثل النيوديميوم والإربيوم والهولميوم أيضًا. مثل المعادن الانتقالية مثل الكروم والتيتانيوم والنيكل.

تشمل بعض أنواع ليزر الحالة الصلبة الشهيرة ليزر الياقوت، وليزر Nd:YAG، وليزر Nd:glass، وليزر Nd:Cr:GSGG، وليزر Er:glass، وليزر Alexandrite، وليزر التيتانيوم:الياقوت.

يمكن أن تعمل ليزرات الحالة الصلبة إما في وضع الموجة المستمرة (CW)، الذي ينتج مخرجات ليزر مستمرة، أو الوضع النبضي، الذي ينتج نبضات قصيرة من ضوء الليزر عالي الطاقة.

بناء ليزر الحالة الصلبة

لصنع ليزر الحالة الصلبة، يجب تثبيت قضيب ليزر بالقرب من مصباح قوسي أو مصباح فلاش. أنبوب المصباح متصل بمصدر الطاقة. يتم ترتيب قضيب الليزر وأنبوب المصباح بالتوازي، ويحيط بهما عاكس. على طرفي تجويف الليزر، يتم وضع مرآة عاكسة عالية ومقرنة الإخراج. لإزالة الحرارة الزائدة، يتم تبريد الليزر باستخدام نظام التدوير، وعادةً ما يستخدم ماء التبريد أو خليط الجليكول.

مخطط طاقة ليزر الحالة الصلبة
الوسيط النشط الذي تستخدمه ليزرات الحالة الصلبة هو مادة صلبة. بشكل عام، يتم ضخ جميع المواد الصلبة بصريًا، أي يتم استخدام مصدر الضوء كمصدر للطاقة ويتم تطبيقه على وسط الكسب. بعد امتصاص طاقة المضخة، يتم تحفيز الإلكترونات الموجودة في وسط الكسب إلى مستوى طاقة أعلى. في الحالة المثارة، ستقفز بعض الإلكترونات من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة محدد قابل للتحويل.

بالمقارنة مع الحالات المثارة الأخرى، فإن عمر الحالة العابرة أطول، لذا يمكنها تخزين الطاقة وتجميعها. عندما يعود الإلكترون الموجود في الحالة العابرة إلى الحالة الأرضية، يتحرر فوتون ذو طاقة وطول موجي محددين. تسمى هذه العملية بالانبعاث المحفز وتنتج ضوءًا متماسكًا.

تنعكس الفوتونات المولدة عدة مرات بين المرايا أو العناصر العاكسة الأخرى في تجويف الليزر. تعمل آلية التغذية المرتدة هذه على تضخيم الانبعاث المحفز وتنتج شعاع ليزر مكثفًا. يهرب الشعاع الجزئي المضخم من خلال أحد العاكسات الجزئية ليشكل مخرج الليزر.

عادةً ما يكون لشعاع الإخراج عرض خطي ضيق، والذي يتميز بطول موجي محدد يتعلق بفرق الطاقة بين الحالة العابرة والحالة الأرضية.

مزايا ليزر الحالة الصلبة:
1. لا تتعرض أشعة الليزر ذات الحالة الصلبة عمومًا لخسارة مادية مقارنة بالليزر الغازي لأن وسط الليزر يكون في حالة صلبة. يحافظ الوسط النشط في ليزر الحالة الصلبة، مثل البلورة أو الزجاج، على تركيبته ولا يستهلك أو ينضب أثناء التشغيل.
3. يمكن لأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة أن تنتج مخرجات مستمرة ونبضية.
4. بنائها بسيط نسبيا.
عيوب ليزر الحالة الصلبة:
1. تعتبر ليزرات الحالة الصلبة أقل كفاءة في تحويل طاقة الإدخال إلى مخرجات ليزر.
2. انحراف شعاع الليزر ليس ثابتًا ويمكن أن يتراوح بين 1 مليراديان و20 مليراديان.
3. قد يحدث فقدان للطاقة عند ارتفاع درجة حرارة قضيب الليزر.

تطبيقات ليزر الحالة الصلبة:
لدى ليزر الحالة الصلبة مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف المجالات. بالإضافة إلى التحليل الطيفي والاتصالات، تشمل تطبيقات ليزر الحالة الصلبة
معالجة المواد: تُستخدم أشعة الليزر ذات الحالة الصلبة على نطاق واسع في القطع والحفر واللحام ونقش المواد المختلفة مثل المعادن والبلاستيك والسيراميك والمواد المركبة. إنها دقيقة للغاية ويمكنها التعامل مع مهام المعالجة الكلية والجزئية.
الطبية والطبية الحيوية: تستخدم هذه الليزرات في الإجراءات الطبية مثل جراحة الليزر والأمراض الجلدية (مثل إزالة الوشم) وطب العيون (مثل تصحيح الرؤية) وطب الأسنان ومستحضرات التجميل. يمكنها استهداف الأنسجة واستئصالها بدقة مع الحد الأدنى من الضرر للمناطق المحيطة.
البحث العلمي: أدوات مهمة للبحث العلمي، ومنها التحليل الطيفي، والتصوير الفلوري، وتسريع الجسيمات، ودراسة الظواهر فائقة السرعة. إنهم قادرون على توفير مصادر إضاءة يمكن التحكم فيها بدقة لدراسة المواد والعمليات الفيزيائية والكيميائية الأساسية.
الدفاع والأمن: تُستخدم أشعة الليزر هذه في تطبيقات الدفاع والأمن، بما في ذلك محددات أهداف الليزر، وتحديد المدى، وأسلحة الطاقة الموجهة، والتدابير المضادة بالليزر. إنها توفر مصادر إضاءة دقيقة وقوية للاستخدامات العسكرية والفضائية والأمنية.
الاتصالات: تلعب أشعة الليزر ذات الحالة الصلبة دورًا حيويًا في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية، حيث تعمل كمضخمات بصرية ومصادر ضوئية لنقل الإشارات عبر مسافات طويلة بمعدلات بيانات عالية.

معلومات الاتصال:

إذا كان لديك أي أفكار، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا وما هي متطلباتنا، سنتبع هدفنا المتمثل في تزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.