Dlaczego używamy kryształu Nd: YAG jako ośrodka wzmacniającego w laserze DPSS?

Różnice między Nd (neodymem), Er (erbem) i Yb (iterbem) jako ośrodkami wzmacniającymi

odnoszą się przede wszystkim do długości fal emisji, mechanizmów przenoszenia energii i zastosowań, szczególnie w kontekście domieszkowanych materiałów laserowych.

Długości fal emisji:

- Er: Erb zazwyczaj emituje falę o długości fali 1,55 µm, która mieści się w obszarze bezpiecznym dla oczu i jest bardzo przydatna w zastosowaniach telekomunikacyjnych ze względu na niskie straty w światłowodach (Gong i in., 2016).

- Yb: Iterb często emituje około 1,0 do 1,1 µm, dzięki czemu nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, w tym do laserów i wzmacniaczy dużej mocy. Yb jest często stosowany jako sensybilizator na Er w celu zwiększenia wydajności urządzeń domieszkowanych Er poprzez przenoszenie energii z Yb do Er.

- Nd: Materiały domieszkowane neodymem zazwyczaj emitują około 1,06 µm. Na przykład Nd:YAG jest znany ze swojej wydajności i jest szeroko stosowany zarówno w laserach przemysłowych, jak i medycznych (Y. Chang i in., 2009).

Mechanizmy przenoszenia energii:

- Współdomieszkowanie Er i Yb: Wspólne domieszkowanie Er i Yb w pożywce gospodarza jest korzystne dla zwiększenia emisji w zakresie 1,5-1,6 µm. Yb działa jako skuteczny sensybilizator na Er, pochłaniając światło pompy i przekazując energię jonom Er, co prowadzi do wzmocnionej emisji w paśmie telekomunikacyjnym. Ten transfer energii ma kluczowe znaczenie dla działania wzmacniaczy światłowodowych domieszkowanych Erem (EDFA) (DK Vysokikh i in., 2023).

- Nd: Nd zazwyczaj nie wymaga sensybilizatora takiego jak Yb w układach domieszkowanych Er. Wydajność Nd wynika z bezpośredniej absorpcji światła pompy i późniejszej emisji, co czyni go prostym i wydajnym ośrodkiem wzmocnienia laserowego.

Aplikacje:

- Er:Stosowany głównie w telekomunikacji ze względu na emisję na poziomie 1,55 µm, co pokrywa się z oknem minimalnych strat włókien optycznych krzemionkowych. Nośniki wzmocnienia domieszkowane Er mają kluczowe znaczenie dla wzmacniaczy optycznych i laserów w systemach komunikacji światłowodowej na duże odległości.

- Yb:Często stosowany w zastosowaniach wymagających dużej mocy ze względu na stosunkowo prostą strukturę elektroniczną, która pozwala na wydajne pompowanie diod i wysoką moc wyjściową. Materiały domieszkowane Yb są również stosowane w celu zwiększenia wydajności systemów domieszkowanych Er.

- Nd: Dobrze nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, od cięcia przemysłowego i spawania po lasery medyczne. Lasery Nd:YAG są szczególnie cenione ze względu na swoją wydajność, moc i wszechstronność.