Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Твердотельный лазер является лазером , который использует усиливающую среду , которая представляет собой твердое вещество , а не жидкости , как и в лазерах на красителях или газа , как и в газовых лазерах . Лазеры на основе полупроводников также находятся в твердом состоянии, но обычно рассматриваются как отдельный класс от твердотельных лазеров (см. Лазерный диод ).

Твердотельные носители [ править ]

Дополнительная информация: Список типов лазеров § Твердотельные лазеры

Обычно активная среда твердотельного лазера состоит из стекла или кристаллического «основного» материала, к которому добавляется « легирующая примесь », такая как неодим , хром , эрбий , [1] тулий [2] или иттербий . [3] Многие из распространенных легирующих примесей являются редкоземельными элементами , поскольку возбужденные состояния таких ионов не сильно связаны с тепловыми колебаниями их кристаллических решеток ( фононов ), и их рабочие пороги могут быть достигнуты при относительно низких интенсивностях лазерного излучения. перекачка .

Существует много сотен твердотельных сред, в которых достигнуто лазерное воздействие, но относительно небольшое их количество широко распространено. Из них, вероятно, наиболее распространенным является иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом (Nd: YAG). Стекло, легированное неодимом (Nd: стекло), стекла или керамика, легированные иттербием , используются при очень высоких уровнях мощности ( тераватт ) и высоких энергиях ( мегаджоули ) для многолучевого термоядерного синтеза с инерционным ограничением .

Первым материалом для лазеров были кристаллы синтетического рубина . Рубиновые лазеры по-прежнему используются в нескольких приложениях, но они не распространены из-за их низкой энергоэффективности. При комнатной температуре рубиновые лазеры излучают только короткие импульсы света, но при криогенных температурах они могут излучать непрерывную серию импульсов. [4]

Некоторые твердотельные лазеры также можно настраивать с помощью нескольких внутрирезонаторных методов, в которых используются эталоны , призмы и решетки или их комбинация. [5] Сапфир, легированный титаном , широко используется благодаря широкому диапазону настройки от 660 до 1080 нанометров . Александритовые лазеры настраиваются от 700 до 820 нм и дают импульсы более высокой энергии, чем титан- сапфировые лазеры, из-за более длительного времени накопления энергии в усиливающей среде и более высокого порога повреждения .

Накачка [ править ]

Дополнительная информация: Лазерная накачка

Твердотельные лазерные среды обычно имеют оптическую накачку с использованием либо импульсной лампы, либо дуговой лампы , либо лазерных диодов . Твердотельные лазеры с диодной накачкой имеют тенденцию быть намного более эффективными и стали гораздо более распространенными, поскольку стоимость мощных полупроводниковых лазеров снизилась.

Блокировка режима [ править ]

Синхронизация мод твердотельных лазеров и волоконных лазеров имеет широкое применение, поскольку могут быть получены сверхкороткие импульсы большой энергии. Существует два типа насыщающихся поглотителей, которые широко используются в качестве фиксаторов мод: SESAM, [6] [7] [8] и SWCNT. Также использовался графен . [9] [10] [11] Эти материалы используют нелинейное оптическое поведение, называемое насыщающимся поглощением, чтобы лазер генерировал короткие импульсы.

Текущие приложения и разработки [ править ]

Твердотельные лазеры разрабатываются в качестве дополнительного вооружения для F-35 Lightning II и почти достигли состояния готовности [12] [13] [14], а также появятся системы лазерного оружия Northrop Grumman FIRESTRIKE. [15] [16] В апреле 2011 года ВМС США испытали твердотельный лазер высокой энергии. Точная дальность стрельбы засекречена, но они сказали, что она стреляла «на мили, а не на ярды». [17] [18]

Уран - легированный фторид кальция был вторым типом твердотельного лазера изобретен в 1960 - х годах. Петр Сорокин и Мирек Стивенсон в IBM «ы лабораторий в Йорктаун Хайтс (США) достигли генерации на 2,5 мкм вскоре после майман » ы рубинового лазера .

Армия США готовится испытать установленную на грузовике лазерную систему с использованием волоконного лазера мощностью 58 кВт. [19] Масштабируемость лазера открывает возможность его использования на всем, от дронов до массивных кораблей с разной мощностью. Новый лазер направляет в свой луч 40 процентов доступной энергии, что считается очень высоким показателем для твердотельных лазеров. Поскольку все больше и больше военных транспортных средств и грузовиков используют передовые гибридные двигатели и силовые установки, вырабатывающие электроэнергию для таких приложений, как лазеры, их применение, вероятно, будет распространяться на грузовики, дроны, корабли, вертолеты и самолеты. [19]

См. Также [ править ]

  • Дисковый лазер
  • Лазерная конструкция
  • Твердотельные лазеры на красителях
  • Солитон
  • Векторный солитон
  • Диссипативный солитон

Ссылки [ править ]

  1. ^ Сингх, G .; Пурнавирман; Брэдли, JDB; Li, N .; Magden, ES; Moresco, M .; Адам, штат Теннеси; Leake, G .; Coolbaugh, D .; Уоттс, MR (2016). «Волноводные лазеры с резонансной накачкой, легированные эрбием, с использованием распределенных брэгговских полостей отражателя» . Письма об оптике . 41 (6): 1189–1192. Bibcode : 2016OptL ... 41.1189S . DOI : 10.1364 / OL.41.001189 . PMID  26977666 .
  2. ^ Su, Z .; Li, N .; Magden, ES; Byrd, M .; Пурнавирман; Адам, штат Теннеси; Leake, G .; Coolbaugh, D .; Брэдли, JD; Уоттс, MR (2016). «Сверхкомпактный низкопороговый тулиевый микрополостной лазер, монолитно интегрированный на кремнии» . Письма об оптике . 41 (24): 5708–5711. Bibcode : 2016OptL ... 41.5708S . DOI : 10.1364 / OL.41.005708 . PMID 27973495 . 
  3. ↑ Z. Su, JD Bradley, N. Li, ES Magden, Purnawirman, D. Coleman, N. Fahrenkopf, C. Baiocco, T. Adam, G. Leake, D. Coolbaugh, D. Vermeulen и MR Watts (2016 ) "Сверхкомпактный иттербиевый микролазер , совместимый с CMOS" , Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics 2016 , IW1A.3.
  4. ^ "BTL раскрыла непрерывную работу твердотельного лазера" (PDF) . Космонавтика : 74. Март 1962 г.
  5. ^ Н.П. Барнс, Твердотельные лазеры на переходных металлах, в Справочнике по перестраиваемым лазерам , Ф.Дж. Дуарте (ред.) (Academic, New York, 1995).
  6. ^ Х. Чжан и др., «Индуцированные солитоны, образованные кросс-поляризационным взаимодействием в волоконном лазере с двулучепреломляющим резонатором». Архивировано 7 июля 2011 г. в Wayback Machine , Opt. Lett., 33, 2317–2319. (2008).
  7. ^ DY Tang et al., "Наблюдение за векторными солитонами высокого порядка с синхронизацией поляризации в волоконном лазере". Архивировано 20 января 2010 г. в Wayback Machine , Physical Review Letters , 101, 153904 (2008).
  8. ^ LM Zhao et al., "Фиксация вращения поляризации векторных солитонов в волоконном кольцевом лазере". Архивировано 7 июля 2011 г. в Wayback Machine , Optics Express , 16,10053–10058 (2008).
  9. ^ Х. Чжан; DY Tang; LM Zhao; QL Bao; КП Ло (2009). "Синхронизация мод большой энергии легированного эрбием волоконного лазера с атомным слоем графена" (PDF) . Оптика Экспресс . 17 (20): 17630–5. arXiv : 0909.5536 . Bibcode : 2009OExpr..1717630Z . DOI : 10,1364 / OE.17.017630 . PMID 19907547 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 года.  
  10. ^ Хан Чжан; Цяолян Бао; Динъюань Тан; Люмин Чжао и Кианпин Ло (2009). "Солитонный эрбиевый волоконный лазер большой энергии с композитным синхронизатором мод графен-полимер" (PDF) . Письма по прикладной физике . 95 (14): P141103. arXiv : 0909.5540 . Bibcode : 2009ApPhL..95n1103Z . DOI : 10.1063 / 1.3244206 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 года.
  11. ^ "Графен: лазеры с синхронизацией мод". NPG Asia Materials . 21 декабря 2009 г. doi : 10.1038 / asiamat.2009.52 .
  12. ^ Fulghum, Дэвид А. " Лазеры разрабатывается для F-35 и АС-130 ." Неделя авиации и космической техники (8 июля 2002 г.). Дата доступа: 8 февраля 2006 г.
  13. ^ Моррис, Джефферсон. « Сохранение прохлады - большая проблема для лазеров JSF, - говорит Lockheed Martin ». Aerospace Daily , 26 сентября 2002 г. Дата доступа: 3 июня 2007 г.
  14. ^ Fulghum, Дэвид А. « Лазеры, HPM оружие вблизи рабочего состояния .» Неделя авиации и космических технологий , 22 июля 2002 г. Дата доступа: 8 февраля 2006 г.
  15. ^ "Пресс-релиз Northrop Grumman" . Архивировано из оригинала 8 декабря 2008 года . Проверено 13 ноября 2008 года .
  16. ^ "Пресс-релиз Регистра" . Проверено 14 ноября 2008 года .
  17. ^ «Испытание лазера ВМС США может нанести вред пиратам» . Fox News . 13 апреля 2011 г.
  18. ↑ Каплан, Джереми А. (8 апреля 2011 г.). «ВМФ демонстрирует новое мощное лазерное оружие» . Fox News .
  19. ^ a b Такер, Патрик (16 марта 2017 г.). «Армия США испытает новый мощный лазер на грузовике« в течение нескольких месяцев » » . Первая защита . Проверено 13 августа 2017 года .
  • Кехнер, Вальтер (1999). Твердотельная лазерная техника (5-е изд.). Springer. ISBN 978-3-540-65064-5.