نقدم لكم "روح" الليزر ذي الحالة الصلبة

نقدم لكم "روح" الليزر ذي الحالة الصلبة

التيار السائدليزر الحالة الصلبةمواد

جوهر أي ليزر هو المادة العاملة لليزر، والمادة العاملة في الحالة الصلبةليزرهي في الأساس مادة صلبة. تتكون معظم وسائط الليزر الصلبة من مصفوفات بلورية وذرات أو أيونات مُطعّمة ذات نشاط ليزري، بينما تُعدّ المصفوفات غير المتبلورة (الزجاجية) نادرة نسبيًا. من المتوقع أن يُساهم التطور الأخير في تكنولوجيا تحضير السيراميك في توسيع نطاق استخدام مواد الليزر منخفضة التكلفة وعالية الجودة بشكل كبير، والتي يُمكن تصنيعها بأحجام أكبر بكثير من المواد البلورية.

المواد الأساسية المستخدمة بشكل شائع في ليزر الحالة الصلبة

الياقوت: يتكون كيميائياً من أكسيد الألومنيوم المُطعّم بالكروم (Cr:Al₂O₃). يتميز الياقوت الصناعي بتركيب كيميائي مشابه للياقوت الطبيعي، ولكنه يتميز بنقاء وجودة أعلى. لونه وردي، ويبلغ طول موجة الليزر الخاصة به 694.3 نانومتر.

2. غارنيت الألومنيوم الإيتريوم المُطعّم بالنيوديميوم (Nd:YAG): بلورة اصطناعية، ذات طول موجي ليزري يبلغ 1064 نانومتر، تنتمي إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهي غير مرئية تمامًا وغير آمنة للعين. يُعدّ Nd:YAG حاليًا أكثر مواد الليزر الصلبة استخدامًا، متفوقًا بكثير على الياقوت. والسبب الرئيسي في ذلك هو انخفاض عتبة الليزر لديه، وقدرته على تحقيق طاقة خرج أعلى بنفس طاقة الإدخال.

3. فانادات الإيتريوم المُطعّم بالنيوديميوم (Nd:YVO₄): يُشار إليه غالبًا باسم "فانادات"، وقد أصبح المادة المفضلة لأشعة الليزر الصلبة ذات القدرة المنخفضة إلى المتوسطة (حتى عدة واط) والمضخّمة بالديود، وذلك بفضل مقطعه العرضي الكبير للانبعاث المحفز، وعتبة الليزر المنخفضة، وخصائص الخرج المستقطب. يبلغ طول موجة التشغيل 1064 نانومترًا و1340 نانومترًا، وبعد مضاعفة التردد، يمكنه إخراج أشعة ليزر بأطوال موجية تبلغ 532 نانومترًا و670 نانومترًا.

4. الزجاج المُطعّم بالنيوديميوم (Nd:Glass): باستخدام الزجاج غير المتبلور كمادة أساسية، تتشابه خصائصه الليزرية مع خصائص ليزر Nd:YAG. يتمثل عيبه الرئيسي في انخفاض موصليته الحرارية نسبيًا، حيث تبلغ عُشر موصلية البلورة فقط، مما يُصعّب تبريده في التطبيقات عالية الطاقة. مع ذلك، تكمن ميزته في إمكانية تصنيعه كوسط ليزري بقطر يتجاوز قدمًا واحدة، مما يسمح بالتحكم الفعال في كثافة الطاقة، وتجنب تلف المكونات البصرية عند مستويات الطاقة بالكيلوجول.ليزر نابضوتكلفتها المنخفضة نسبياً.

من بين المواد الأخرى المهمة المستخدمة في ليزرات الحالة الصلبة، المواد المُطعّمة بالإربيوم: بما في ذلك غارنيت الألومنيوم الإيتريوم المُطعّم بالإربيوم (Er:YAG، طول موجة الخرج 2940 نانومتر) والزجاج المُطعّم بالإربيوم (Er:Glass، طول موجة الخرج 1540 نانومتر). المواد المُطعّمة بالهولميوم: بما في ذلك غارنيت الألومنيوم الإيتريوم المُطعّم بالهولميوم (Ho:YAG)، وفلوريد الليثيوم الإيتريوم المُطعّم بالهولميوم (Ho:YLF)، والزجاج المُطعّم بالهولميوم (Ho:glass، طول موجة الخرج من 2000 إلى 2100 نانومتر). المواد المُطعّمة بالثوليوم: تشمل غارنيت الألومنيوم الإيتريوم المُطعّم بالثوليوم (Tm:YAG)، وغارنيت الألومنيوم اللوتيتيوم المُطعّم بالثوليوم (Tm:LuAG)، وفلوريد الليثيوم الإيتريوم المُطعّم بالثوليوم والهولميوم (Tm,Ho:YLF، طول موجة الخرج من 2000 إلى 2030 نانومتر). المواد المُطعّمة بالإيتربيوم: مثل تنغستات البوتاسيوم الغادولينيوم المُطعّم بالإيتربيوم (Yb:KGW، طول موجة الخرج من 1025 إلى 1045 نانومتر). الألكسندريت (طول موجة الخرج من 655 إلى 815 نانومتر). الياقوت المُطعّم بالتيتانيوم (Ti:Sapphire، طول موجة الخرج من 840 إلى 1100 نانومتر).