لیزرهای تیتانیوم یاقوت کبود

یاقوت کبود دوپینگ تیتانیوم (Ti3 +: یاقوت کبود ، گاهی اوقات لیزر TiSa) یک ماده افزایش یافته با استفاده از دوپینگ فلز انتقالی است که برای لیزرهای قابل تنظیم و لیزرهای حالت جامد فمتوسکند استفاده می شود. این در سال 1986 معرفی شد ، و پس از آن لیزرهای Ti: یاقوت کبود به سرعت جایگزین اکثر لیزرهای رنگی شد که قبلاً بر زمینه های تولید پالس فوق کوتاه و لیزرهای قابل تنظیم با طول موج تسلط داشتند. Ti: لیزرهای یاقوت کبود نیز بسیار راحت هستند برای تنظیمات آزمایش پمپاژ لیزرهای حالت جامد جدید (به عنوان مثال بر اساس رسانه افزایش لیزر نئودیمیم یا یتربیوم) ، زیرا به راحتی می توان آنها را به طول موج پمپ مورد نیاز تنظیم کرد و به دلیل خوب بودن آنها می توانند با روشنایی پمپ بسیار بالا کار کنند کیفیت پرتو و توان خروجی بالا به طور معمول چندین وات.

به دلیل هزینه نسبتاً زیاد ، که عمدتاً ناشی از نیاز پمپاژ است (به زیر مراجعه کنید) ، لیزرهای Ti: یاقوت کبود چندان مورد استفاده قرار نمی گیرند - و بیشتر برای کاربردهایی هستند که قابلیت های خارق العاده آنها از نظر تنظیم طول موج یا از نظر پالس فوق کوتاه نسل مورد بهره برداری قرار می گیرند.

خواص Ti: یاقوت کبود

خواص ویژه محیط افزایش بهره Ti: یاقوت کبود (جدول 1 را نیز ببینید):

یاقوت کبود (Al2O3 تک کریستالی) دارای هدایت حرارتی عالی است ، حتی برای قدرت و شدت لیزر بالا اثرات حرارتی را کاهش می دهد.

یون Ti3 + دارای پهنای باند افزایش بسیار بزرگ (بسیار بزرگتر از رسانه افزایش لیزر دوپ شده در زمین نادر) است که به شما امکان تولید پالس های بسیار کوتاه و همچنین قابلیت تنظیم طول موج گسترده را می دهد (به طور معمول با استفاده از یک تنظیم کننده دو شستشو). حداکثر بهره و کارایی لیزر در حدود 800 نانومتر بدست می آید و بسیاری از لیزرهای Ti: یاقوت کبود با طول موج های انتشار حدود 700 نانومتر تا 900 نانومتر کار می کنند. دامنه تنظیم احتمالی 650 m نانومتر تا 1100 نانومتر است ، اما به طور معمول برای پوشش این محدوده عظیم ، مجموعه آینه های مختلفی مورد نیاز است و تبادل مجموعه آینه کاری خسته کننده است. (تعداد آینه های مورد نیاز را می توان با استفاده از آینه های جیر جیر فوق العاده باند کاهش داد.)

طیف گسترده ای از طول موج های ممکن پمپ نیز وجود دارد که با این وجود در منطقه طیفی سبز (با اوج جذب در 490 m nm) قرار دارند ، جایی که دیودهای لیزر قدرتمند به راحتی در سایر مناطق طیفی در دسترس نیستند. در بیشتر موارد ، از چندین وات پمپ انرژی استفاده می شود ، حتی گاهی اوقات 20 W. در ابتدا ، لیزرهای Ti: یاقوت کبود در بیشتر موارد با لیزرهای یون آرگون 514 نانومتری پمپ می شدند ، که بسیار قدرتمند هستند ، اما بسیار ناکارآمد ، کار با هزینه بالا و حجیم هستند . اکنون انواع دیگری از لیزرهای سبز موجود است و لیزرهای حالت جامد دو برابر با فرکانس بر اساس رسانه های لیزر دوپ شده نئودیمیم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. طول موج پمپ به طور معمول 532 نانومتر است ، با بازده جذب پمپ کمی کاهش یافته در مقایسه با 514 نانومتر. پمپاژ مستقیم دیود در طول موج های تا حدودی کوتاه تر ، به عنوان مثال در 455 نانومتر با دیودهای لیزر مبتنی بر GaN نیز امکان پذیر است ، اما در اینجا نه تنها جذب پمپ به میزان قابل توجهی کاهش می یابد بلکه از دست دادن زیان آور آن است که عملکرد را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. با این وجود ، حتی ظهور چند وات خروجی با ظهور دیودهای قدرتمند پمپ متصل به فیبر امکان پذیر شده است.

غلظت دوپینگ Ti3 + باید نسبتاً کم حفظ شود (به عنوان مثال 0.15٪ یا 0.25٪) زیرا در غیر این صورت کیفیت بلوری خوبی امکان پذیر نیست. بنابراین جذب پمپ محدود معمولاً استفاده از بلوری را به طول چند میلی متر اعمال می کند ، که در ترکیب با اندازه نقطه کوچک پمپ (برای شدت پمپ بالا) به این معنی است که روشنایی پمپ نسبتاً بالا لازم است.

در حالت ایده آل ، کریستال Ti: Sapphire فقط حاوی یون های Ti3 + و بدون Ti4 + است ، اما متأسفانه اجتناب از مقادیر کمی + Ti4 به سختی انجام می شود و باعث جذب انگلی در طول موج لیزر می شود که عملکرد لیزر را بدتر می کند. به منظور تعیین کمیت کیفیت بلورهای Ti: یاقوت کبود از این نظر ، اغلب از یک شکل شایستگی (FOM) استفاده می شود که به عنوان نسبت ضرایب جذب در پمپ و طول موج های لیزر تعریف می شود - به طور معمول ، با 514 نانومتر یا 532 نانومتر به عنوان طول موج پمپ و چیزی در حدود 800 نانومتر به عنوان طول موج لیزر.

طول عمر بالای Ti: یاقوت کبود کوتاه است (3.2 میکرو ثانیه) ، و قدرت اشباع بسیار زیاد است. این بدان معنی است که شدت پمپ باید زیاد باشد ، بنابراین یک پرتو پمپ با شدت تمرکز و در نتیجه منبع پمپ با کیفیت پرتو بالا مورد نیاز است.

علی رغم پهنای باند انتشار زیاد ، Ti: یاقوت کبود دارای مقاطع لیزری نسبتاً بالا است که باعث کاهش تمایل لیزرهای Ti: Sapphire به بی ثباتی های سوئیچینگ Q می شود.