Твердотільні лазери — це лазери, в яких активне середовище — це твердий матеріал, зазвичай кристал або скло, леговане активними іонами (наприклад, іонами рідкоземельних металів).
Принцип роботи твердотільного лазера:
- Активне середовище — твердий кристал або скло, наприклад:
- іон неодиму (Nd³⁺) у гранаті ітрію (YAG) — Nd:YAG,
- рубін,
- іон ербію (Er),
- іон тулию (Tm) та інші.
- Зовнішнє джерело накачування (світловий імпульс від лампи або лазерного діода) збуджує активні іони.
- Збуджені іони випромінюють когерентне світло при переході у нижчий енергетичний стан.
- Світло підсилюється в резонаторі (між дзеркалами) і виходить у вигляді лазерного променя.
Основні характеристики:
| Параметр | Приклад: Nd:YAG |
|---|---|
| Довжина хвилі | 1064 нм (інфрачервоне світло) |
| Потужність | Від міліватів до кількох кіловатів |
| Режим роботи | Безперервний (CW) та імпульсний |
| Джерело накачування | Лампа або лазерний діод |
| Тип активного середовища | Твердий кристал (YAG, рубін, ін.) |
Переваги твердотільних лазерів:
- Висока потужність і стабільність променя.
- Можливість працювати у різних режимах (CW, імпульсний).
- Відносна компактність порівняно з газовими лазерами великої потужності.
- Широкий вибір довжин хвиль залежно від матеріалу.
Недоліки:
- Потужне охолодження при високих потужностях.
- Складність у виготовленні якісних активних кристалів.
- Відносно висока вартість деяких матеріалів.
Приклади твердотільних лазерів:
- Nd:YAG (неодим у гранаті ітрію) — найпоширеніший, використовується у медицині, промисловості (різання, зварювання).
- Рубіновий лазер — перший твердотільний лазер, довжина хвилі 694 нм, переважно в дослідницьких цілях.
- Er:YAG — довжина хвилі ~2940 нм, застосовується у медицині для абляції тканин.
- Ti:Sapphire (титан-ітрієвий гранат) — широко використовується у наукових дослідженнях завдяки широкому спектру генерації.