Nieuws - Waarom gebruiken we Nd:YAG-kristal als versterkingsmedium in DPSS-lasers?

Abonneer u op onze sociale media voor snelle berichten

Wat is een Laser Gain Medium?

Een laserversterkingsmedium is een materiaal dat licht versterkt door middel van gestimuleerde emissie. Wanneer de atomen of moleculen van het medium worden geëxciteerd tot hogere energieniveaus, kunnen ze fotonen van een specifieke golflengte uitzenden wanneer ze terugkeren naar een lagere energietoestand. Dit proces versterkt het licht dat door het medium gaat, wat essentieel is voor de werking van de laser.

[Gerelateerde blog:Belangrijkste componenten van de laser]

Wat is het gebruikelijke versterkingsmedium?

Het versterkingsmedium kan worden gevarieerd, waaronder:gassen, vloeistoffen (kleurstoffen), vaste stoffen(kristallen of glazen gedoteerd met zeldzame-aarde- of overgangsmetaalionen) en halfgeleiders.Vaste-stoflasers, gebruiken bijvoorbeeld vaak kristallen zoals Nd:YAG (Neodymium-gedoteerd Yttrium-Aluminium-Granaat) of glas gedoteerd met zeldzame aardmetalen. Kleurstoflasers gebruiken organische kleurstoffen opgelost in oplosmiddelen, en gaslasers gebruiken gassen of gasmengsels.

Laserstaven (van links naar rechts): Robijn, Alexandriet, Er:YAG, Nd:YAG

De verschillen tussen Nd (Neodymium), Er (Erbium) en Yb (Ytterbium) als versterkingsmedia

hebben voornamelijk betrekking op hun emissiegolflengten, energieoverdrachtsmechanismen en toepassingen, vooral in de context van gedoteerde lasermaterialen.

Emissiegolflengten:

- Er: Erbium zendt doorgaans uit op 1,55 µm, wat in de veilige zone voor het oog ligt en zeer nuttig is voor telecommunicatietoepassingen vanwege het lage verlies in optische vezels (Gong et al., 2016).

- Yb: Ytterbium zendt vaak rond de 1,0 tot 1,1 µm uit, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen, waaronder krachtige lasers en versterkers. Yb wordt vaak gebruikt als sensibilisator voor Er om de efficiëntie van Er-gedoteerde apparaten te verbeteren door energie van Yb naar Er over te dragen.

- Nd: Neodymium-gedoteerde materialen emitteren doorgaans ongeveer 1,06 µm. Nd:YAG staat bijvoorbeeld bekend om zijn efficiëntie en wordt veel gebruikt in zowel industriële als medische lasers (Y. Chang et al., 2009).

Energieoverdrachtsmechanismen:

- Co-doping van Er en Yb: Co-doping van Er en Yb in een gastmedium is gunstig voor het verbeteren van de emissie in het bereik van 1,5-1,6 µm. Yb fungeert als een efficiënte sensibilisator voor Er door pomplicht te absorberen en energie over te dragen aan Er-ionen, wat leidt tot versterkte emissie in de telecommunicatieband. Deze energieoverdracht is cruciaal voor de werking van Er-gedoteerde glasvezelversterkers (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- Nd: Nd heeft doorgaans geen sensibilisator zoals Yb nodig in Er-gedoteerde systemen. De efficiëntie van Nd is te danken aan de directe absorptie van pomplicht en de daaropvolgende emissie, waardoor het een eenvoudig en efficiënt laserversterkingsmedium is.

Toepassingen:

- Eh:Wordt voornamelijk gebruikt in de telecommunicatie vanwege de emissie bij 1,55 µm, wat overeenkomt met het minimale verliesvenster van optische silicavezels. ER-gedoteerde versterkingsmedia zijn cruciaal voor optische versterkers en lasers in glasvezelcommunicatiesystemen over lange afstanden.

- Yb:Wordt vaak gebruikt in toepassingen met hoog vermogen vanwege de relatief eenvoudige elektronische structuur die efficiënte diodepomping en een hoog uitgangsvermogen mogelijk maakt. Yb-gedoteerde materialen worden ook gebruikt om de prestaties van Er-gedoteerde systemen te verbeteren.

- Nd: Zeer geschikt voor een breed scala aan toepassingen, van industrieel snijden en lassen tot medische lasers. Nd:YAG-lasers worden vooral gewaardeerd om hun efficiëntie, kracht en veelzijdigheid.

Waarom hebben we Nd:YAG gekozen als versterkingsmedium in DPSS-lasers?

Een DPSS-laser is een type laser dat gebruikmaakt van een solid-state versterkingsmedium (zoals Nd:YAG) dat wordt aangestuurd door een halfgeleiderlaserdiode. Deze technologie maakt compacte, efficiënte lasers mogelijk die hoogwaardige bundels in het zichtbare tot infraroodspectrum kunnen produceren. Voor een gedetailleerd artikel kunt u overwegen om in gerenommeerde wetenschappelijke databases of bij uitgevers te zoeken naar uitgebreide reviews over DPSS-lasertechnologie.

[Gerelateerd product:Diode-gepompte vaste-toestandlaser]

Nd:YAG wordt vaak gebruikt als versterkingsmedium in halfgeleider-gepompte lasermodules om verschillende redenen, zoals benadrukt door diverse onderzoeken:

1. Hoge efficiëntie en vermogen: Een ontwerp en simulaties van een diode-side-pumped Nd:YAG-lasermodule toonden een aanzienlijke efficiëntie aan. Een diode-side-pumped Nd:YAG-laser leverde een maximaal gemiddeld vermogen van 220 W en handhaafde een constante energie per puls in een breed frequentiebereik. Dit wijst op de hoge efficiëntie en het potentieel voor een hoog uitgangsvermogen van Nd:YAG-lasers bij gebruik van diodes (Lera et al., 2016).
2. Operationele flexibiliteit en betrouwbaarheid: Nd:YAG-keramiek blijkt efficiënt te werken bij verschillende golflengten, waaronder oogveilige golflengten, met een hoge optische-tot-optische efficiëntie. Dit toont de veelzijdigheid en betrouwbaarheid van Nd:YAG aan als versterkingsmedium in verschillende lasertoepassingen (Zhang et al., 2013).
3. Levensduur en balkkwaliteitOnderzoek naar een zeer efficiënte, diodegepompte Nd:YAG-laser benadrukte de duurzaamheid en consistente prestaties, wat erop wijst dat de Nd:YAG geschikt is voor toepassingen die duurzame en betrouwbare laserbronnen vereisen. De studie rapporteerde een langdurige werking met meer dan 4,8 x 10^9 schoten zonder optische schade, met behoud van een uitstekende straalkwaliteit (Coyle et al., 2004).
4. Zeer efficiënte continue-golfwerking:Studies hebben de zeer efficiënte continugolfwerking (CW) van Nd:YAG-lasers aangetoond, wat hun effectiviteit als versterkingsmedium in diodegepompte lasersystemen onderstreept. Dit omvat het behalen van hoge optische conversie- en hellingsrendementen, wat de geschiktheid van Nd:YAG voor hoogefficiënte lasertoepassingen verder bevestigt (Zhu et al., 2013).

De combinatie van hoge efficiëntie, vermogen, operationele flexibiliteit, betrouwbaarheid, duurzaamheid en uitstekende straalkwaliteit maakt Nd:YAG een geprefereerd versterkingsmedium in halfgeleidergepompte lasermodules voor een breed scala aan toepassingen.

Referentie

Chang, Y., Su, K., Chang, H., & Chen, Y. (2009). Compacte, efficiënte Q-geschakelde, oogveilige laser van 1525 nm met een dubbel-end diffusiegebonden Nd:YVO4-kristal als zelf-Ramanmedium. Optics Express, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., & Huang, Y. (2016). Groei en spectroscopische eigenschappen van Er:Yb:KGd(PO3)_4-kristal als veelbelovend 155 µm laserversterkingsmedium. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Experimenteel model van Er/Yb-versterkingsmedium voor glasvezelversterkers en lasers. 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., & Roso, L. (2016). Simulaties van het versterkingsprofiel en de prestaties van een QCW Nd:YAG-laser met zijwaartse pomp. Toegepaste optica, 55(33), 9573-9576.

Zhang, H., Chen, X., Wang, Q., Zhang, X., Chang, J., Gao, L., Shen, H., Cong, Z., Liu, Z., Tao, X., & Li, P. (2013). Hoogefficiënte Nd:YAG keramische oogveilige laser werkend op 1442,8 nm. Optics Letters, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P., & Poulios, D. (2004). Efficiënte, betrouwbare, diode-gepompte Nd:YAG-laser met lange levensduur voor topografische vegetatiehoogtemeting in de ruimte. Applied Optics, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., & Duan, Y. (2013). Zeer efficiënte Nd:YAG keramische lasers met continue golf bij 946 nm. Laser Physics Letters, 10.

Vrijwaring:

Wij verklaren hierbij dat sommige afbeeldingen op onze website afkomstig zijn van internet en Wikipedia, met als doel educatie en informatie-uitwisseling te bevorderen. Wij respecteren de intellectuele eigendomsrechten van alle makers. Het gebruik van deze afbeeldingen is niet bedoeld voor commercieel gewin.
Als u van mening bent dat de gebruikte content uw auteursrecht schendt, neem dan contact met ons op. We nemen graag passende maatregelen, zoals het verwijderen van afbeeldingen of het verstrekken van correcte bronvermelding, om te voldoen aan de wet- en regelgeving inzake intellectueel eigendom. Ons doel is om een platform te onderhouden dat rijk is aan content, eerlijk is en de intellectuele eigendomsrechten van anderen respecteert.
Neem contact met ons op via het volgende e-mailadres:sales@lumispot.cnWij verbinden ons ertoe om onmiddellijk actie te ondernemen na ontvangst van een melding en garanderen 100% medewerking bij het oplossen van dergelijke problemen.

Inhoudsopgave: