Hauptmerkmale des Laserverstärkungsmediums

Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Laserverstärkungsmedien?

Das Laserverstärkungsmedium, auch Laserarbeitsmedium genannt, bezeichnet das Materialsystem, das zur Inversion der Teilchenpopulation und zur Erzeugung stimulierter Strahlung zur Lichtverstärkung dient. Es ist die Kernkomponente des Lasers und enthält eine große Anzahl von Atomen oder Molekülen. Diese Atome oder Moleküle können unter Zufuhr externer Energie in einen angeregten Zustand übergehen und emittieren dabei Photonen, wodurch ein Laserstrahl entsteht.LaserlichtDas Laserverstärkungsmedium kann ein fester, flüssiger, gasförmiger oder halbleitender Stoff sein.
Bei Festkörperlasern werden üblicherweise mit Seltenerd- oder Übergangsmetallionen dotierte Kristalle als Verstärkungsmedium verwendet, beispielsweise Nd:YAG- oder Nd:YVO₄-Kristalle. In Flüssigkeitslasern kommen häufig organische Farbstoffe als Verstärkungsmedium zum Einsatz. Gaslaser nutzen Gase als Verstärkungsmedium, beispielsweise Kohlendioxid in Kohlendioxidlasern und Helium bzw. Neon in Helium-Neon-Lasern.HalbleiterlaserAls Verstärkungsmedium werden Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid (GaAs) verwendet.
Zu den wichtigsten Eigenschaften des Laserverstärkungsmediums gehören:
Energieniveaustruktur: Die Atome oder Moleküle im Verstärkungsmedium müssen eine geeignete Energieniveaustruktur aufweisen, um unter Anregung durch externe Energie eine Besetzungsumkehr zu erreichen. Dies bedeutet üblicherweise, dass die Energiedifferenz zwischen den höheren und niedrigeren Energieniveaus der Photonenenergie einer bestimmten Wellenlänge entsprechen muss.

Übergangseigenschaften: Atome oder Moleküle in angeregten Zuständen müssen stabile Übergangseigenschaften aufweisen, um während der Anregungsstrahlung kohärente Photonen freizusetzen. Dies erfordert ein Verstärkungsmedium mit hoher Quanteneffizienz und geringen Verlusten.
Thermische Stabilität und mechanische Festigkeit: In praktischen Anwendungen muss das Verstärkungsmedium der hohen Pumpleistung und der Laserleistung standhalten, daher muss es eine gute thermische Stabilität und mechanische Festigkeit aufweisen.
Optische Qualität: Die optische Qualität des Verstärkungsmediums ist entscheidend für die Leistung des Lasers. Es muss eine hohe Lichtdurchlässigkeit und geringe Streuverluste aufweisen, um die Qualität und Stabilität des Laserstrahls zu gewährleisten. Die Wahl des Laserverstärkungsmediums hängt von den Anwendungsanforderungen ab.LaserDie Arbeitswellenlänge, die Ausgangsleistung und weitere Faktoren beeinflussen die Leistung des Lasers. Durch Optimierung des Materials und der Struktur des Verstärkungsmediums lassen sich Leistung und Effizienz weiter verbessern.