Ключевые характеристики лазерной усиливающей среды

Каковы ключевые характеристики лазерных усиливающих сред?

Лазерная усиливающая среда, также известная как рабочее вещество лазера, относится к системе материалов, используемой для достижения инверсии популяции частиц и генерации стимулированного излучения для достижения усиления света. Это основной компонент лазера, несущий большое количество атомов или молекул, эти атомы или молекулы под воздействием внешней энергии могут переходить в возбужденное состояние и через возбужденное излучение высвобождать фотоны, образуя таким образомлазерный свет. Усиливающая среда лазера может представлять собой твердый, жидкий, газообразный или полупроводниковый материал.
В твердотельных лазерах обычно используемыми усиливающими средами являются кристаллы, легированные ионами редкоземельных металлов или ионами переходных металлов, такие как кристаллы Nd:YAG, кристаллы Nd:YVO4 и т. д. В жидких лазерах в качестве усиливающей среды часто используются органические красители. Газовые лазеры используют газ в качестве усиливающей среды, например, углекислый газ в углекислотных лазерах, а также гелий и неон в гелий-неоновых лазерах.Полупроводниковые лазерыв качестве усиливающей среды используйте полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs).
Ключевые характеристики лазерной усиливающей среды включают в себя:
Структура энергетического уровня: атомы или молекулы в усиливающей среде должны иметь подходящую структуру энергетического уровня, чтобы добиться изменения заселенности при возбуждении внешней энергии. Обычно это означает, что разница энергий между высшим и низшим уровнями энергии должна соответствовать энергии фотонов определенной длины волны.

Переходные свойства: атомы или молекулы в возбужденных состояниях должны иметь стабильные переходные свойства, чтобы испускать когерентные фотоны во время возбужденного излучения. Это требует, чтобы усиливающая среда имела высокую квантовую эффективность и низкие потери.
Термическая стабильность и механическая прочность. В практических приложениях усиливающая среда должна выдерживать высокую мощность излучения накачки и лазера, поэтому она должна иметь хорошую термическую стабильность и механическую прочность.
Оптическое качество. Оптическое качество усиливающей среды имеет решающее значение для производительности лазера. Он должен иметь высокий коэффициент пропускания света и низкие потери на рассеяние, чтобы обеспечить качество и стабильность лазерного луча. Выбор лазерной усиливающей среды зависит от требований применениялазер, рабочая длина волны, выходная мощность и другие факторы. За счет оптимизации материала и структуры усиливающей среды можно дополнительно улучшить производительность и эффективность лазера.