ขอแนะนำ “หัวใจ” ของเลเซอร์โซลิดสเตท

ขอแนะนำ “หัวใจ” ของเลเซอร์โซลิดสเตท

กระแสหลักเลเซอร์โซลิดสเตทวัสดุ

หัวใจสำคัญของเลเซอร์ทุกชนิดคือสารทำงานของเลเซอร์ และสารทำงานของอุปกรณ์โซลิดสเตทเลเซอร์โดยพื้นฐานแล้ววัสดุเหล่านี้เป็นของแข็ง วัสดุเลเซอร์แบบโซลิดสเตทส่วนใหญ่ประกอบด้วยเมทริกซ์ผลึกและอะตอมหรือไอออนที่มีคุณสมบัติทางเลเซอร์ ในขณะที่เมทริกซ์อสัณฐาน (แก้ว) นั้นค่อนข้างหายาก การพัฒนาล่าสุดในเทคโนโลยีการเตรียมเซรามิกคาดว่าจะขยายขอบเขตการใช้งานของวัสดุเลเซอร์คุณภาพสูงและราคาประหยัดได้อย่างมาก ซึ่งสามารถผลิตได้ในขนาดที่ใหญ่กว่าวัสดุผลึกมาก

วัสดุเลเซอร์โซลิดสเตทที่ใช้กันทั่วไป

ทับทิม: องค์ประกอบทางเคมีของมันคืออะลูมิเนียมออกไซด์ที่เจือด้วยโครเมียม (Cr:Al₂O₃) ทับทิมเทียมมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับทับทิมคุณภาพสูง แต่มีความบริสุทธิ์และคุณภาพสูงกว่า มีสีชมพู และมีความยาวคลื่นเลเซอร์ 694.3 นาโนเมตร

2. นีโอดีเมียมเจืออะลูมิเนียมการ์เนตอิตเทรียม (Nd:YAG): ผลึกสังเคราะห์ มีความยาวคลื่นเลเซอร์ 1064 นาโนเมตร จัดอยู่ในกลุ่มแสงอินฟราเรดใกล้ และมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า จึงไม่ปลอดภัยต่อดวงตา ปัจจุบัน Nd:YAG เป็นวัสดุเลเซอร์โซลิดสเตทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด แซงหน้าทับทิมไปมาก เหตุผลหลักคือมีค่าเกณฑ์การเกิดเลเซอร์ต่ำกว่า และสามารถให้พลังงานเอาต์พุตสูงกว่าภายใต้พลังงานอินพุตเท่ากัน

3. อิตเทรียมวานาเดตที่เจือด้วยนีโอดีเมียม (Nd:YVO₄) มักเรียกกันง่ายๆ ว่า "วานาเดต" วัสดุนี้ได้รับความนิยมอย่างมากสำหรับเลเซอร์โซลิดสเตทแบบใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีกำลังต่ำถึงปานกลาง (สูงสุดหลายวัตต์) เนื่องจากมีพื้นที่หน้าตัดการปล่อยแสงแบบกระตุ้นขนาดใหญ่ เกณฑ์การเกิดเลเซอร์ต่ำ และคุณลักษณะเอาต์พุตแบบโพลาไรซ์ ความยาวคลื่นที่ใช้งานได้คือ 1064 นาโนเมตรและ 1340 นาโนเมตร และหลังจากเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าแล้ว สามารถสร้างเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 532 นาโนเมตรและ 670 นาโนเมตรได้

4. กระจกเจือนีโอไดเมียม (Nd:Glass): โดยใช้กระจกอสัณฐานเป็นเมทริกซ์ คุณสมบัติทางเลเซอร์ของมันคล้ายกับ Nd:YAG ข้อเสียหลักคือการนำความร้อนค่อนข้างต่ำ เพียง 1/10 ของผลึก ทำให้ระบายความร้อนได้ยากในงานที่ใช้กำลังสูง อย่างไรก็ตาม ข้อดีคือสามารถนำมาทำเป็นตัวกลางเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเกินหนึ่งฟุตได้ ควบคุมความหนาแน่นของพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชิ้นส่วนทางแสงในระดับกิโลจูลเลเซอร์แบบพัลส์และมีต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ

วัสดุเลเซอร์โซลิดสเตทที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ วัสดุที่เจือด้วยเออร์เบียม: รวมถึงเออร์เบียมเจือในอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (Er:YAG, ความยาวคลื่นเอาต์พุต 2940 นาโนเมตร) และแก้วที่เจือด้วยเออร์เบียม (Er:Glass, ความยาวคลื่นเอาต์พุต 1540 นาโนเมตร) วัสดุที่เจือด้วยโฮลเมียม: รวมถึงโฮลเมียมเจือในอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (Ho:YAG), โฮลเมียมเจือในลิเธียมอิตเทรียมฟลูออไรด์ (Ho:YLF) และแก้วที่เจือด้วยโฮลเมียม (Ho:glass, ความยาวคลื่นเอาต์พุต 2000 ถึง 2100 นาโนเมตร) วัสดุที่เจือด้วยธูเลียม: ได้แก่ อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนตที่เจือด้วยธูเลียม (Tm:YAG), ลูทีเทียมอะลูมิเนียมการ์เนตที่เจือด้วยธูเลียม (Tm:LuAG) และลิเธียมอิตเทรียมฟลูออไรด์ที่เจือด้วยธูเลียมและโฮลเมียมร่วมกัน (Tm,Ho:YLF, ความยาวคลื่นเอาต์พุต 2000 ถึง 2030 นาโนเมตร) วัสดุที่เจือด้วยอิตเตอร์เบียม: เช่น โพแทสเซียมแกโดลิเนียมทังสเตตที่เจือด้วยอิตเตอร์เบียม (Yb:KGW, ความยาวคลื่นเอาต์พุต 1025 ถึง 1045 นาโนเมตร) อเล็กซานไดรต์ (ความยาวคลื่นเอาต์พุต 655 ถึง 815 นาโนเมตร) แซฟไฟร์ที่เจือด้วยไทเทเนียม (Ti:Sapphire, ความยาวคลื่นเอาต์พุต 840 ถึง 1100 นาโนเมตร)