الخصائص الرئيسية لوسط كسب الليزر

ما هي الخصائص الرئيسية لوسائط تضخيم الليزر؟

يشير وسط التضخيم الليزري، المعروف أيضًا باسم مادة تشغيل الليزر، إلى نظام المواد المستخدم لتحقيق انعكاس توزيع الجسيمات وتوليد إشعاع محفز لتضخيم الضوء. وهو المكون الأساسي لليزر، إذ يحمل عددًا كبيرًا من الذرات أو الجزيئات. هذه الذرات أو الجزيئات، عند إثارتها بطاقة خارجية، يمكنها الانتقال إلى الحالة المثارة، ومن خلال الإشعاع المثار تُطلق فوتونات، مُشكلةً بذلك...ضوء الليزريمكن أن يكون وسط كسب الليزر مادة صلبة أو سائلة أو غازية أو شبه موصلة.
في ليزرات الحالة الصلبة، تُستخدم عادةً بلورات مُطعّمة بأيونات العناصر الأرضية النادرة أو أيونات المعادن الانتقالية، مثل بلورات Nd:YAG وبلورات Nd:YVO4، وغيرها، كوسط تضخيم. أما في ليزرات السوائل، فتُستخدم الأصباغ العضوية غالبًا كوسط تضخيم. وتستخدم ليزرات الغاز الغاز كوسط تضخيم، مثل غاز ثاني أكسيد الكربون في ليزرات ثاني أكسيد الكربون، وغازي الهيليوم والنيون في ليزرات الهيليوم-نيون.ليزرات أشباه الموصلاتاستخدام مواد أشباه الموصلات كوسيط تضخيم، مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs).
تشمل الخصائص الرئيسية لوسط كسب الليزر ما يلي:
بنية مستويات الطاقة: يجب أن تمتلك الذرات أو الجزيئات في الوسط المُضخِّم بنية مستويات طاقة مناسبة لتحقيق انعكاس التوزيع السكاني عند إثارتها بطاقة خارجية. وهذا يعني عادةً أن فرق الطاقة بين مستويات الطاقة العليا والدنيا يجب أن يتطابق مع طاقة الفوتون ذي الطول الموجي المحدد.

خصائص الانتقال: تحتاج الذرات أو الجزيئات في حالات الإثارة إلى خصائص انتقال مستقرة لإطلاق فوتونات متماسكة أثناء الإشعاع المُثار. ويتطلب ذلك أن يتمتع الوسط المُضخِّم بكفاءة كمية عالية وفقد منخفض.
الاستقرار الحراري والقوة الميكانيكية: في التطبيقات العملية، يحتاج وسط التضخيم إلى تحمل ضوء الضخ عالي الطاقة وإخراج الليزر، لذلك يحتاج إلى استقرار حراري جيد وقوة ميكانيكية.
الجودة البصرية: تُعدّ الجودة البصرية لوسط التضخيم بالغة الأهمية لأداء الليزر. إذ يجب أن يتمتع بنفاذية ضوئية عالية وفقدان تشتت منخفض لضمان جودة واستقرار شعاع الليزر. ويعتمد اختيار وسط تضخيم الليزر على متطلبات التطبيق.ليزر، طول الموجة التشغيلية، وقدرة الخرج، وعوامل أخرى. ومن خلال تحسين مادة وبنية وسط التضخيم، يمكن تحسين أداء وكفاءة الليزر بشكل أكبر.