คุณลักษณะสำคัญของตัวกลางเพิ่มกำลังเลเซอร์

คุณลักษณะสำคัญของตัวกลางเพิ่มกำลังแสงเลเซอร์มีอะไรบ้าง?

ตัวกลางเพิ่มกำลังแสงเลเซอร์ หรือที่รู้จักกันในชื่อสารทำงานของเลเซอร์ หมายถึงระบบวัสดุที่ใช้เพื่อให้เกิดการผกผันของประชากรอนุภาคและสร้างรังสีแบบกระตุ้นเพื่อให้เกิดการขยายแสง มันเป็นส่วนประกอบหลักของเลเซอร์ โดยมีอะตอมหรือโมเลกุลจำนวนมาก อะตอมหรือโมเลกุลเหล่านี้เมื่อได้รับพลังงานภายนอกจะสามารถเปลี่ยนสถานะไปเป็นสถานะกระตุ้น และปล่อยโฟตอนออกมาผ่านรังสีแบบกระตุ้น จึงก่อให้เกิดการเพิ่มกำลังแสงเลเซอร์แสงเลเซอร์ตัวกลางเพิ่มกำลังแสงเลเซอร์อาจเป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ก็ได้
ในเลเซอร์โซลิดสเตท ตัวกลางเพิ่มกำลังแสงที่ใช้กันทั่วไปคือผลึกที่เจือด้วยไอออนของธาตุหายากหรือไอออนของโลหะทรานซิชัน เช่น ผลึก Nd:YAG ผลึก Nd:YVO4 เป็นต้น ในเลเซอร์เหลว มักใช้สีย้อมอินทรีย์เป็นตัวกลางเพิ่มกำลังแสง ส่วนเลเซอร์แก๊สใช้แก๊สเป็นตัวกลางเพิ่มกำลังแสง เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ และแก๊สฮีเลียมและนีออนในเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวกลางเพิ่มกำลังขยาย เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs)
คุณลักษณะสำคัญของตัวกลางเพิ่มกำลังแสงเลเซอร์ ได้แก่:
โครงสร้างระดับพลังงาน: อะตอมหรือโมเลกุลในตัวกลางขยายสัญญาณจำเป็นต้องมีโครงสร้างระดับพลังงานที่เหมาะสม เพื่อให้เกิดการกลับทิศทางของประชากรภายใต้การกระตุ้นด้วยพลังงานภายนอก ซึ่งโดยทั่วไปหมายความว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับพลังงานสูงและต่ำจะต้องตรงกับพลังงานของโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ

คุณสมบัติการเปลี่ยนสถานะ: อะตอมหรือโมเลกุลในสถานะกระตุ้นจำเป็นต้องมีคุณสมบัติการเปลี่ยนสถานะที่เสถียรเพื่อปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกันในระหว่างการแผ่รังสีกระตุ้น ซึ่งต้องใช้ตัวกลางขยายสัญญาณที่มีประสิทธิภาพควอนตัมสูงและการสูญเสียต่ำ
เสถียรภาพทางความร้อนและความแข็งแรงทางกล: ในการใช้งานจริง ตัวกลางเพิ่มกำลังแสงต้องทนต่อแสงปั๊มกำลังสูงและเอาต์พุตเลเซอร์ ดังนั้นจึงต้องมีเสถียรภาพทางความร้อนและความแข็งแรงทางกลที่ดี
คุณภาพทางแสง: คุณภาพทางแสงของตัวกลางเพิ่มกำลังแสงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของเลเซอร์ จำเป็นต้องมีการส่งผ่านแสงสูงและมีการสูญเสียจากการกระเจิงต่ำ เพื่อให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพและความเสถียรของลำแสงเลเซอร์ การเลือกตัวกลางเพิ่มกำลังแสงเลเซอร์ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานเลเซอร์ความยาวคลื่นในการทำงาน กำลังเอาต์พุต และปัจจัยอื่นๆ การปรับปรุงวัสดุและโครงสร้างของตัวกลางเพิ่มกำลังแสงสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผลของเลเซอร์ได้ดียิ่งขึ้น