Aktualności - Dlaczego stosujemy kryształ Nd:YAG jako ośrodek wzmocnienia w laserze DPSS?

Subskrybuj nasze media społecznościowe, aby otrzymywać szybkie posty

Czym jest ośrodek wzmocnienia lasera?

Ośrodek wzmocnienia lasera to materiał wzmacniający światło poprzez emisję wymuszoną. Gdy atomy lub cząsteczki ośrodka zostaną wzbudzone do wyższych poziomów energetycznych, mogą emitować fotony o określonej długości fali po powrocie do niższego stanu energetycznego. Proces ten wzmacnia światło przechodzące przez ośrodek, co jest fundamentalne dla działania lasera.

[Powiązany blog:Kluczowe elementy lasera]

Jaki jest typowy poziom wzmocnienia?

Medium wzmocnienia może być zmienne, w tymgazy, płyny (barwniki), ciała stałe(kryształy lub szkła domieszkowane jonami metali ziem rzadkich lub przejściowych) oraz półprzewodniki.Lasery półprzewodnikoweNa przykład, często wykorzystują kryształy takie jak Nd:YAG (granat itrowo-glinowy domieszkowany neodymem) lub szkła domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich. Lasery barwnikowe wykorzystują barwniki organiczne rozpuszczone w rozpuszczalnikach, a lasery gazowe – gazy lub mieszaniny gazów.

Pręty laserowe (od lewej do prawej): Rubin, Aleksandryt, Er:YAG, Nd:YAG

Różnice między Nd (neodymem), Er (erbem) i Yb (yterbem) jako ośrodkami wzmocnienia

Dotyczą one przede wszystkim długości fal emisji, mechanizmów transferu energii i zastosowań, szczególnie w kontekście domieszkowanych materiałów laserowych.

Długości fal emisyjnych:

- Er: Erb emituje zwykle fale o długości 1,55 µm, co mieści się w zakresie bezpiecznym dla oka i jest bardzo przydatne w zastosowaniach telekomunikacyjnych ze względu na niskie straty w światłowodach (Gong i in., 2016).

- Yb: Iterb często emituje promieniowanie o długości fali od 1,0 do 1,1 µm, co czyni go odpowiednim do szerokiego zakresu zastosowań, w tym laserów i wzmacniaczy dużej mocy. Yb jest często stosowany jako sensybilizator Er w celu zwiększenia wydajności urządzeń domieszkowanych Er poprzez przeniesienie energii z Yb do Er.

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

Mechanizmy transferu energii:

- Współdomieszkowanie Er i Yb: Współdomieszkowanie Er i Yb w medium macierzystym jest korzystne dla wzmocnienia emisji w zakresie 1,5–1,6 µm. Yb działa jako skuteczny sensybilizator Er, absorbując światło pompujące i przekazując energię jonom Er, co prowadzi do wzmocnienia emisji w paśmie telekomunikacyjnym. Ten transfer energii jest kluczowy dla działania wzmacniaczy światłowodowych domieszkowanych Er (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 pompującego i późniejszej emisji, co czyni go prostym i wydajnym ośrodkiem wzmocnienia lasera.

Zastosowania:

- Eee:Stosowany głównie w telekomunikacji ze względu na emisję przy 1,55 µm, co pokrywa się z minimalnym oknem strat światłowodów krzemionkowych. Ośrodki wzmacniające domieszkowane erbem mają kluczowe znaczenie dla wzmacniaczy optycznych i laserów w dalekosiężnych systemach komunikacji światłowodowej.

- Yb:Często stosowany w aplikacjach dużej mocy ze względu na stosunkowo prostą strukturę elektroniczną, która umożliwia wydajne pompowanie diod i wysoką moc wyjściową. Materiały domieszkowane jonami Yb są również stosowane w celu poprawy wydajności układów domieszkowanych jonami Er.

- Nie: Doskonale nadają się do szerokiego zakresu zastosowań, od cięcia i spawania przemysłowego po lasery medyczne. Lasery Nd:YAG są szczególnie cenione za swoją wydajność, moc i wszechstronność.

Dlaczego wybraliśmy Nd:YAG jako ośrodek wzmocnienia w laserze DPSS

Laser DPSS to rodzaj lasera wykorzystujący półprzewodnikowy ośrodek wzmocnienia (taki jak Nd:YAG) pompowany przez półprzewodnikową diodę laserową. Technologia ta pozwala na tworzenie kompaktowych i wydajnych laserów zdolnych do generowania wysokiej jakości wiązek w zakresie od widzialnego do podczerwonego. Aby znaleźć szczegółowy artykuł, warto przeszukać renomowane bazy danych naukowych lub zapoznać się z obszernymi recenzjami technologii laserów DPSS u renomowanych wydawców.

[Powiązany produkt:Laser półprzewodnikowy pompowany diodą]

Nd:YAG jest często stosowany jako ośrodek wzmocnienia w modułach laserowych pompowanych półprzewodnikami z kilku powodów, co potwierdzają różne badania:

1. Wysoka wydajność i moc wyjściowaProjekt i symulacje modułu lasera Nd:YAG pompowanego diodą wykazały znaczną wydajność, przy czym laser Nd:YAG pompowany diodą zapewniał maksymalną moc średnią 220 W, utrzymując stałą energię na impuls w szerokim zakresie częstotliwości. Wskazuje to na wysoką wydajność i potencjał laserów Nd:YAG do uzyskiwania dużej mocy wyjściowej w przypadku pompowania diodami (Lera i in., 2016).
2. Elastyczność i niezawodność operacyjnaWykazano, że ceramika Nd:YAG działa wydajnie w różnych długościach fal, w tym w zakresie bezpiecznym dla oka, z wysoką sprawnością optyczną. Dowodzi to wszechstronności i niezawodności Nd:YAG jako ośrodka wzmocnienia w różnych zastosowaniach laserowych (Zhang i in., 2013).
3. Trwałość i jakość wiązkiBadania nad wysoce wydajnym laserem Nd:YAG pompowanym diodami podkreśliły jego długowieczność i stabilną wydajność, co wskazuje na przydatność lasera Nd:YAG do zastosowań wymagających trwałych i niezawodnych źródeł laserowych. Badanie wykazało wydłużoną pracę z ponad 4,8 x 10^9 strzałów bez uszkodzeń optycznych, przy zachowaniu doskonałej jakości wiązki (Coyle i in., 2004).
4.Wysoce wydajna praca w trybie ciągłym:Badania wykazały wysoką wydajność laserów Nd:YAG w trybie fali ciągłej (CW), co podkreśla ich skuteczność jako ośrodka wzmocnienia w systemach laserowych pompowanych diodami. Obejmuje to osiągnięcie wysokiej sprawności konwersji optycznej i sprawności nachylenia, co dodatkowo potwierdza przydatność laserów Nd:YAG do zastosowań laserów o wysokiej wydajności (Zhu i in., 2013).

Połączenie wysokiej sprawności, mocy wyjściowej, elastyczności działania, niezawodności, trwałości i doskonałej jakości wiązki sprawia, że Nd:YAG jest preferowanym ośrodkiem wzmocnienia w modułach laserowych pompowanych półprzewodnikami w szerokim zakresie zastosowań.

Odniesienie

Chang, Y., Su, K., Chang, H. i Chen, Y. (2009). Kompaktowy, wydajny laser Q-switch, bezpieczny dla oka, o długości fali 1525 nm, z dwustronnym, dyfuzyjnie wiązanym kryształem Nd:YVO4 jako ośrodkiem auto-ramanowskim. Optics Express, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z. i Huang, Y. (2016). Wzrost i właściwości spektroskopowe kryształu Er:Yb:KGd(PO3)_4 jako obiecującego ośrodka wzmocnienia lasera o średnicy 155 µm. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV i Butov, O. (2023). Model eksperymentalny ośrodka wzmocnienia Er/Yb dla wzmacniaczy światłowodowych i laserów. Journal of the Optical Society of America B.

Lera, R., Valle-Brozas, F., Torres-Peiró, S., Ruiz-de-la-Cruz, A., Galán, M., Bellido, P., Seimetz, M., Benlloch, J. i Roso, L. (2016). Symulacje profilu wzmocnienia i wydajności lasera QCW Nd:YAG pompowanego bocznie diodą. Optyka stosowana, 55(33), 9573-9576.

Zhang, H., Chen, X., Wang, Q., Zhang, X., Chang, J., Gao, L., Shen, H., Cong, Z., Liu, Z., Tao, X. i Li, P. (2013). Wysokowydajny, bezpieczny dla oka laser ceramiczny Nd:YAG, działający przy długości fali 1442,8 nm. Optics Letters, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P. i Poulios, D. (2004). Wydajny, niezawodny i długowieczny laser Nd:YAG pompowany diodą do pomiaru altimetru topograficznego roślinności z kosmosu. Applied Optics, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D. i Duan, Y. (2013). Wysokowydajne lasery ceramiczne Nd:YAG o fali ciągłej 946 nm. Laser Physics Letters, 10.

Zastrzeżenie:

Niniejszym oświadczamy, że niektóre obrazy prezentowane na naszej stronie internetowej pochodzą z Internetu i Wikipedii, a ich celem jest promocja edukacji i dzielenie się informacjami. Szanujemy prawa własności intelektualnej wszystkich twórców. Wykorzystanie tych obrazów nie ma na celu osiągnięcia korzyści komercyjnych.
Jeśli uważasz, że jakakolwiek wykorzystana treść narusza Twoje prawa autorskie, skontaktuj się z nami. Chętnie podejmiemy odpowiednie kroki, w tym usuniemy obrazy lub zapewnimy prawidłowe oznaczenie autorstwa, aby zapewnić zgodność z przepisami i regulacjami dotyczącymi własności intelektualnej. Naszym celem jest utrzymanie platformy bogatej w treści, uczciwej i szanującej prawa własności intelektualnej innych osób.
Prosimy o kontakt pod następującym adresem e-mail:sales@lumispot.cnZobowiązujemy się do podjęcia natychmiastowych działań po otrzymaniu powiadomienia i gwarantujemy 100% współpracę w rozwiązywaniu wszelkich tego typu problemów.

Spis treści: