Твердотельные лазеры — приборы с оптической накачкой, в которых среда усиления является твердым телом (кристаллом или стеклом), а активаторы — ионы редкоземельных металлов или группы железа. Длина волн разная, от среднего ИК–излучения до УФ. Работать такие устройства могут в импульсном, непрерывном и квазинепрерывном режиме.
В первом твердотельном лазере в качестве рабочего вещества использовался стержень из розового рубина и кристалла сапфира. Сейчас же спектр материалов шире, с 60-х годов было обнаружено более 300 видов ионов, подходящих для генерации лазерных колебаний.
Самые распространенные типы твердотельных лазеров:
1. Рубиновый (λ=694,3 нм);
2. Титан-сапфировый (λ=670-1070 нм);
3. Иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом (Nd:YAG) (λ=1064 нм);
4. Устройства на редкоземельных элементах, отличных от неодимовых (гольмий, эрбий, тулий). Например, Ho:YAG, Er:YAG, Tm:YAG. Они излучают на длине волны около 2 мкм в зависимости от матрицы и легированного материала.
Примеры твердотельных лазеров:
Модель Гранат, ГК «ЛАЗЕР-КОМПАКТ»
Длина волны излучения — 355 нм
Средняя энергия в импульсе — 20 мкДж
Частота импульсов — 0,2–2,0 кГц
Длительность импульса — 5 нс
MONOPOWER-532–100-SM, ALPHALAS (Германия)
Длина волны излучения — 532 нм
Мощность — 100 мВт
Расходимость пучка — <2.2 мрад
М2 — 1.1
LPX-640L, Oxxius (Франция)
Длина волны излучения — 639.7 нм
Мощность — 300–500 мВт
Шум — ≤ 1.5% rms
Расходимость пучка — <1.0 мрад
Широко распространены устройства, в которых рабочее тело состоит из фосфатных или силикатных стекол, легированных ионами. Среди их достоинств высокая оптическая однородность, практически неограниченные размеры и форма стержней, простота в изготовлении и массовом производстве. Недостатки: низкая теплопроводность и высокий коэффициент теплового расширения.
В качестве примеров кристаллов для рабочего тела можно обозначить рубин, алюминат иттрия, фторид лития и иттриево-алюминиевый гранат.
Накачка выполняется ксеноновыми или криптоновыми лампы, светодиодами, а также другими лазерами.
Твердотельные лазеры применяются в лазерной резке, сварке металла, медицине, оптической обработке информации, интегральной и волоконной оптике, спектроскопии, сверхскоростной фотографии, сейсмографах и физических приборах.
Их стремительное развитие обусловлено преимуществами данного типа приборов. Такие лазеры просты в обслуживании, компактны и генерируют энергию высокой мощности (1–3 кВт в непрерывном режиме).
Недостатки связаны прежде всего со способом накачки. Двойное преобразование энергии не позволяет получить высокий КПД (~3%). Также нет возможности осуществлять внутреннюю модуляцию выходного излучения.
К недостаткам относится и прозрачность органических материалов для излучения. Если мощность твердотельного лазера мала, а фокусное пятно большое, то излучение проходит без повреждений сквозь материал. Увеличение мощности или уменьшение пятна фокуса приведет к воспламенению материала.
Производством твердотельных лазеров занимаются компании Frankfurt Laser Company (Германия), Omicron-Laserage Laserprodukte GmbH (Германия), RPMC Lasers Inc. (США), Oxxius (Франция), II–VI (Швейцария), ALPHALAS (Германия), CNI LASER (Китай), ГК «ЛАЗЕР-КОМПАКТ» (Россия) и многие другие компании.
Компания Forward Electronics занимается поставками оптических компонентов для промышленных потребителей по всей России. Получить техническую консультацию, а также заказать твердотельные лазеры можно у представителей Forward Electronics.