Material de trabajo del láser sólido
El material de trabajo de un láser de estado sólido se compone de cristal ópticamente transparente o vidrio como material matriz, dopado con iones activadores u otras sustancias activantes. Esta sustancia de trabajo debería tener generalmente buenas propiedades físico-químicas, líneas espectrales de fluorescencia estrechas, bandas de absorción anchas y fuertes y una alta eficiencia cuántica de fluorescencia.
Los materiales de trabajo del láser de vidrio se convierten fácilmente en materiales uniformes de gran tamaño y se pueden utilizar en láseres de alta energía o potencia máxima. Sin embargo, su línea de espectro de fluorescencia es más amplia y su rendimiento térmico es deficiente, lo que lo hace inadecuado para trabajar con una potencia media elevada. Los vidrios de neodimio comunes incluyen vidrios de silicato, fosfato y fluorofosfato. A principios de la década de 1980, se desarrolló con éxito vidrio de neodimio con un coeficiente de temperatura de índice de refracción negativo, que puede utilizarse en láseres de energía media y pequeña con altas tasas de repetición.
Los materiales de trabajo con láser de cristal generalmente tienen buenas propiedades térmicas y mecánicas y líneas espectrales de fluorescencia estrechas, pero la tecnología de crecimiento de cristales para obtener materiales de gran tamaño y alta calidad es complicada. Desde la década de 1960, más de 300 tipos de cristales de óxido y fluoruro dopados con diversos metales de tierras raras o iones de metales de transición han logrado oscilación láser. Los cristales láser comúnmente utilizados incluyen rubí (Cr:Al2O3, longitud de onda 6943 Angstroms), granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:Y3Al5O12, denominado Nd:YAG, longitud de onda 1,064 micrones), fluoruro de litio y itrio (LiYF4, denominado YLF; Nd:YLF, longitud de onda 1,047 o 1,053 micrómetros; Ho:Er:Tm:YLF, longitud de onda 2,06 micrómetros), etc.
Desde 1973 existe otro tipo de cristal láser autoactivable. Sus iones activados son un componente químico del cristal, por lo que la concentración de iones activados es alta y no se producirá extinción de la fluorescencia. Este cristal tiene una alta ganancia de láser y un bajo umbral de extracción. Las principales variedades incluyen pentafosfato de neodimio (NdP5O14), tetrafosfato de neodimio y litio (NdLiP4O12) y borato de neodimio y aluminio NdAl3 (BO4) 3. En su mayoría se cultivan mediante el método de sales fundidas y su tamaño de cristal es pequeño, por lo que pueden usarse en pequeños láseres de estado sólido.
Se ha desarrollado una variedad de cristales láser sintonizables con características de fluorescencia de banda ancha, como el crisoberilo con transición de fonón terminal (Cr:BeAl2O4, longitud de onda 0,701~0,815 micrones, trabajando a temperatura ambiente), fluoruro de níquel y magnesio dopado ( Ni:MgF2, longitud de onda de 1,6~1,8 micrones, trabajando a baja temperatura), fluoruro de itrio y litio dopado con cerio con transición 5d→4f (Ce:YLF, longitud de onda de 0,306~0,315 micrones, excitado por láser excimer, trabajando a temperatura ambiente) y álcali Cristales láser de centro de color de haluros (cloruro de potasio dopado o sin dopar, fluoruro de litio, etc., longitud de onda de 0,8 a 3,9 micrones, que funcionan principalmente a bajas temperaturas).