הצגת "הנשמה" של לייזרים במצב מוצק

הצגת "הנשמה" של לייזרים במצב מוצק

מיינסטריםלייזר במצב מוצקחומרים

הליבה של כל לייזר היא חומר העבודה של הלייזר, וחומר העבודה של מצב מוצקלייזרהוא מוצק במהותו. רוב מדיות הלייזר במצב מוצק מורכבות ממטריצות גביש ואטומים או יונים מסוממים עם פעילות לייזר, בעוד שמטריצות אמורפיות (זכוכית) הן נדירות יחסית. הפיתוח האחרון בטכנולוגיית הכנת קרמיקה צפוי להרחיב משמעותית את היקף היישומים של חומרי לייזר זולים ואיכותיים, שניתן לייצר בגודל גדול בהרבה מזה של חומרי גביש.

חומרי לייזר במצב מוצק נפוצים

אודם: ההרכב הכימי שלו הוא תחמוצת אלומיניום מסוממת בכרום (Cr:Al₂O₃). לאבני אודם מלאכותיות יש הרכב כימי דומה לאבני אודם באיכות נוי, אך הן בעלות טוהר ואיכות גבוהים יותר. הן נראות ורודות ובעלות אורך גל לייזר של 694.3 ננומטר.

2. גארנט אלומיניום איטריום מסומם בניאודימיום (Nd:YAG): גביש מלאכותי, עם אורך גל לייזר של 1064 ננומטר, הוא שייך לאור אינפרא אדום קרוב והוא בלתי נראה לחלוטין ואינו בטוח לעיניים. Nd:YAG הוא כיום חומר הלייזר במצב מוצק הנפוץ ביותר, ועולה בהרבה על אודם. הסיבה העיקרית לכך היא שסף הלייזר שלו נמוך יותר, והוא יכול להשיג אנרגיית פלט גבוהה יותר תחת אותה אנרגיית קלט.

3. איטריום ונדאט מסומם בניאודימיום (Nd:YVO₄). לעתים קרובות מכונה בפשטות "ונדאט", הוא הפך לחומר המועדף עבור לייזרים במצב מוצק המונעים על ידי דיודה בהספק נמוך עד בינוני (עד מספר וואט) בשל חתך הרוחב הגדול של פליטה מגורה, סף הלייזר הנמוך ומאפייני הפלט המקוטבים שלו. אורכי הגל התפעוליים הם 1064 ננומטר ו-1340 ננומטר, ולאחר הכפלת התדר, הוא יכול להפיק לייזרים באורכי גל של 532 ננומטר ו-670 ננומטר.

4. זכוכית מסוממת בניאודימיום (Nd:Glass): באמצעות זכוכית אמורפית כמטריקס, תכונות הלייזר שלה דומות לאלו של Nd:YAG. החיסרון העיקרי שלה הוא שמוליכות התרמית שלה נמוכה יחסית, רק עשירית מזו של גביש, מה שמקשה על קירורה ביישומים בעלי הספק גבוה. עם זאת, יתרונה טמון בעובדה שניתן לייצר ממנה מדיום לייזר בקוטר העולה על רגל אחת, ובכך לשלוט ביעילות בצפיפות האנרגיה, ולמנוע נזק לרכיבים אופטיים ברמת קילוג'ול.לייזר פועם, ובעל עלות נמוכה יחסית.

חומרי לייזר במצב מוצק חשובים אחרים, חומרים מסוממים בארביום: כולל גארנט אלומיניום איטריום מסומם בארביום (Er:YAG, אורך גל פלט 2940 ננומטר) וזכוכית מסוממת בארביום (Er:Glass, אורך גל פלט 1540 ננומטר). חומרים מסוממים בהולמיום: כולל גארנט אלומיניום איטריום מסומם בהולמיום (Ho:YAG), ליתיום איטריום פלואוריד מסומם בהולמיום (Ho:YLF), וזכוכית מסוממת בהולמיום (Ho:זכוכית, אורך גל פלט 2000 עד 2100 ננומטר). חומרים מסוממים בתוליום: כולל גארנט אלומיניום איטריום מסומם בתוליום (Tm:YAG), גארנט אלומיניום לוטציום מסומם בתוליום (Tm:LuAG), וליתיום איטריום פלואוריד מסומם יחד עם תוליום-הולמיום (Tm,Ho:YLF, אורך גל פלט 2000 עד 2030 ננומטר). חומרים מסוממים באיטביום: כגון טונגסטט גדוליניום אשלגן מסומם באיטביום (Yb:KGW, אורך גל פלט 1025 עד 1045 ננומטר). אלכסנדריט (אורך גל פלט 655 עד 815 ננומטר). ספיר מסומם בטיטניום (Ti:Sapphire, אורך גל פלט 840 עד 1100 ננומטר).