تکامل لیزرهای حالت جامد

تکامل لیزرهای حالت جامد

لیزرهای حالت جامد به روشهای مختلفی تکامل یافته اند که اغلب با یکدیگر تداخل دارند. انتخاب منبع پمپ و ترتیب پمپاژ بسیار مهم بود ، همانطور که موفقیت میمن با چراغ قوه نشان داد. بنابراین انتخاب گونه های ساطع کننده نور ، مواد میزبان و پیکربندی فیزیکی جامد-به عنوان مثال ، میله ، فیبر ، دال یا شکل دیگر. الزامات کاربرد نیز مهم بودند ، مانند عملکرد پالس در مقابل موج پیوسته ، نیاز به طول موج های خاص و اتلاف گرما.

در روزهای اولیه لیزر ، انتخاب محدود بود. چراغ قوه مایلن سیم پیچ مورد استفاده برای بیشتر اهداف با یک یا گاهی دو لامپ پمپ خطی که به موازات میله لیزر در حفره بیضوی نصب شده بودند جایگزین شد ، اما چراغ قوه ها به دلیل قدرت اوج بالا درخشان ترین و بهترین منابع پمپ موجود بودند. لامپهای قوسی شدید می توانند باعث انتشار موج پیوسته شوند ، اما میزبانهای بلوری مانند YAG برای از بین بردن گرمای زائد رسوب شده در مواد لیزر ضروری بودند و در برخی از یونهای لیزر غیرقابل استفاده بود. علاوه بر این ، پمپاژ لامپ کارآمد نیز به گونه های ساطع کننده نور با نوارهای جذب وسیع مطابق با انتشار لامپ نیاز داشت و نئودیمیوم و یاقوت سرخ بهترین نور را برای انتشار در IR نزدیک و قابل مشاهده ثابت کرد.

پمپاژ لیزری جایگزینی برای نشان دادن عملکرد لیزر در موادی با خطوط پمپ باریک بود ، اما کاربردهای عملی به دلیل بازده پایین لیزرهای پمپ محدود شد. لیزرهای دیود پتانسیل بهره وری داخلی بالاتری را ارائه می دهند و در سال 1963 راجر نیومن 78 امکان پمپاژ لیزر دیود را تشخیص داد و مشاهده کرد که یونهای نئودیمیوم در جامدات به شدت انتشار لیزر دیود GaAs را جذب می کنند.

800

نانومتر

 به سال بعد ، روبرت کیز و تد کوئست 79 از آزمایشگاه لینکلن موفق به پمپاژ دیود با اورانیوم دوپ شده شدند.

Ca

اف

2

 لیزر ، اما تنها زمانی که به آن خنک شد

4

ک

 به چنین آزمایش هایی پتانسیل پمپاژ دیود را نشان داد ، اما فناوری لیزر دیود برای استفاده عملی بسیار نابالغ بود.

توسعه دهندگان همچنین طیف وسیعی از یونهای ساطع کننده نور را آزمایش کردند ، اما مانند اورانیوم سوروکین و استیونسون

ج

اف

2

 لیزر ، اکثر چنین نامزدهای لیزری غیرممکن بودند زیرا دارای محدودیت های جدی مانند راندمان پایین ، جذب ضعیف در نوارهای ساطع شده از چراغ قوه یا نیاز به عمل یخ زدایی بودند. در یک بررسی 1966 در اپتیک اپلیکیشن ، Zoltan Kiss و Robert J. Pressley ، سپس هر دو در آزمایشگاه RCA ، لیستی از چشمگیر لیزرهای حالت جامد را که در میزبانهای کریستالی نشان داده شده بود ، فهرست بندی کردند. هولمیوم ، اربیوم و ایتربیم یا فلزات انتقالی کروم ، کبالت و نیکل. آنها پتانسیل سیستم های "حساس" را مشاهده کردند ، که در آنها یک عنصر نوار پمپ را جذب می کند و تحریک را به عنصر دوم منتقل می کند. اما حتی در آن تاریخ اولیه آنها Nd-YAG را به عنوان "بهترین سیستم مستمر دمای اتاق" تشخیص دادند و از آن به عنوان معیاری برای ارزیابی عملکرد لیزر حالت جامد استفاده کردند.

تا سال 1969 ، هفت خط لیزری مشاهده شد 81 در شیشه دوپ شده با پنج خاک نادر سه ظرفیتی مختلف: نئودیمیم در 0.92 ، 1.06 و

1.37

μ

متر

 ؛ اربیوم در

1.54

μ

متر

 ؛ هولمیوم در

2.1

μ

متر

 ؛ تولیوم نزدیک

2

μ

متر

 ؛ و ایتربیوم نزدیک

1.06

μ

متر

 به شیشه را می توان در طیف گسترده ای از ترکیبات و هندسه ها ، از الیاف نازک گرفته تا اسلب های بزرگ ، ساخت. می توان از میله ها و تخته های بزرگ برای تقویت پالس های لیزر استفاده کرد ، اگرچه رسانایی حرارتی شیشه سرعت تکرار را محدود می کند.

نتیجه نهایی این بود که لیزرهای ruby ​​، ​​Nd-YAG و Nd-glass بهترین لیزرهای حالت جامد موجود پس از یک دهه توسعه بودند. خروجی مستقیم در طول موجهای کوتاهتر از یاقوت سرخ کننده بود ، اما نئودیمیوم را می توان دو برابر رنگ سبز کرد.