Основные характеристики лазерной активной среды

Каковы основные характеристики лазерных усиливающих сред?

Лазерная усиливающая среда, также известная как рабочее вещество лазера, относится к материальной системе, используемой для достижения инверсии заселенности 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, таким образом формируялазерный светСредой усиления лазера может быть твердый, жидкий, газообразный или полупроводниковый материал.
В твердотельных лазерах обычно используемыми усиливающими средами являются кристаллы, легированные редкоземельными ионами или ионами переходных металлов, такие как кристаллы Nd:YAG, кристаллы Nd:YVO4 и т. д. В жидкостных лазерах в качестве усиливающих сред часто используются органические красители. Газовые лазеры используют в качестве усиливающей среды газ, такой как углекислый газ в углекислых лазерах и гелий и неон в гелий-неоновых лазерах.Полупроводниковые лазерыиспользуют в качестве активной среды полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs).
Ключевые характеристики лазерной усиливающей среды включают в себя:
Структура энергетических уровней: Атомы или молекулы в среде усиления должны иметь подходящую структуру энергетических уровней, чтобы достичь инверсии заселенности при возбуждении внешней энергией. Обычно это означает, что разница энергий между более высокими и более низкими уровнями энергии должна соответствовать энергии фотона определенной длины волны.

Свойства перехода: Атомы или молекулы в возбужденных состояниях должны иметь стабильные свойства перехода, чтобы высвобождать когерентные фотоны во время возбужденного излучения. Для этого требуется, чтобы среда усиления имела высокую квантовую эффективность и низкие потери.
Термическая стабильность и механическая прочность: в практических применениях активная среда должна выдерживать высокую мощность световой накачки и лазерного излучения, поэтому она должна обладать хорошей термической стабильностью и механической прочностью.
Оптическое качество: Оптическое качество усиливающей среды имеет решающее значение для производительности лазера. Она должна иметь высокую светопропускаемость и низкие потери на рассеяние, чтобы гарантировать качество и стабильность лазерного луча. Выбор усиливающей среды лазера зависит от требований применениялазер, рабочая длина волны, выходная мощность и другие факторы. Оптимизируя материал и структуру усиливающей среды, можно еще больше улучшить производительность и эффективность лазера.