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

Volg ons op sociale media voor snelle updates.

Wat is een laserversterkingsmedium?

Een laserversterkingsmedium is een materiaal dat licht versterkt door gestimuleerde emissie. Wanneer de atomen of moleculen van het medium naar hogere energieniveaus worden gebracht, kunnen ze fotonen van een bepaalde 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 een laser.

[Gerelateerde blog:Belangrijke onderdelen van de laser]

Wat is het gebruikelijke gemiddelde voor gain?

Het versterkingsmedium kan worden gevarieerd, inclusiefgassen, vloeistoffen (kleurstoffen), vaste stoffen(kristallen of glassoorten gedoteerd met zeldzame-aardemetalen of overgangsmetaalionen), en halfgeleiders.VastestoflasersZo gebruiken ze bijvoorbeeld vaak kristallen zoals Nd:YAG (neodymium-gedoteerd yttriumaluminiumgranaat) 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 versterkingsmedium.

De verschillen hebben voornamelijk betrekking op hun emissiegolflengten, energieoverdrachtsmechanismen en toepassingen, met name in de context van gedoteerde lasermaterialen.

Emissiegolflengten:

- Er: Erbium zendt doorgaans licht uit bij 1,55 µm, wat binnen het oogveilige gebied valt en zeer nuttig is voor telecommunicatietoepassingen vanwege het lage verlies in optische vezels (Gong et al., 2016).

- Yb: Ytterbium zendt vaak licht uit rond de 1,0 tot 1,1 µm, 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 zenden doorgaans licht uit rond de 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).

Mechanismen voor energieoverdracht:

- Co-dotering met Er en Yb: De co-dotering met Er en Yb in een gastmedium is gunstig voor het versterken 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 vezelversterkers (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- Nd: Nd heeft doorgaans geen sensibilisator nodig zoals Yb 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:

- Er:Het wordt voornamelijk gebruikt in de telecommunicatie vanwege de emissie bij 1,55 µm, wat samenvalt met het minimale verliesvenster van silica-glasvezels. Erts-gedoteerde versterkingsmedia zijn cruciaal voor optische versterkers en lasers in glasvezelcommunicatiesystemen voor lange afstanden.

- Yb:Het 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 met name gewaardeerd om hun efficiëntie, vermogen en veelzijdigheid.

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

Een DPSS-laser is een type laser dat gebruikmaakt van een solid-state versterkingsmedium (zoals Nd:YAG) dat wordt aangedreven door een halfgeleiderlaserdiode. Deze technologie maakt compacte, efficiënte lasers mogelijk die in staat zijn om hoogwaardige stralen te produceren in het zichtbare tot infrarode spectrum. Voor een gedetailleerd artikel kunt u terecht bij gerenommeerde wetenschappelijke databases of uitgevers voor uitgebreide overzichten van DPSS-lasertechnologie.

[Gerelateerd product:Diode-gepompte vastestoflaser]

Nd:YAG wordt om verschillende redenen vaak gebruikt als versterkingsmedium in halfgeleidergepompte lasermodules, zoals blijkt uit diverse onderzoeken:

1. Hoog rendement en hoog vermogenUit een ontwerp en simulaties van een diodepomp-aangedreven Nd:YAG-lasermodule bleek een aanzienlijke efficiëntie, waarbij een diodepomp-aangedreven Nd:YAG-laser een maximaal gemiddeld vermogen van 220 W leverde met behoud van een constante energie per puls over een breed frequentiebereik. Dit duidt op de hoge efficiëntie en het potentieel voor een hoog vermogen van Nd:YAG-lasers wanneer deze door diodes worden gepompt (Lera et al., 2016).
2. Operationele flexibiliteit en betrouwbaarheidNd:YAG-keramiek blijkt efficiënt te werken bij verschillende golflengten, waaronder oogveilige golflengten, met een hoge optische-naar-optische efficiëntie. Dit toont de veelzijdigheid en betrouwbaarheid van Nd:YAG als versterkingsmedium in diverse lasertoepassingen aan (Zhang et al., 2013).
3. Levensduur en straalkwaliteitOnderzoek naar een zeer efficiënte, diodepompende Nd:YAG-laser benadrukte de lange levensduur en consistente prestaties ervan, wat de geschiktheid van Nd:YAG voor toepassingen vereist die duurzame en betrouwbare laserbronnen vereisen. De studie rapporteerde een langdurige werking met meer dan 4,8 x 10^9 pulsen zonder optische schade, waarbij een uitstekende straalkwaliteit behouden bleef (Coyle et al., 2004).
4. Zeer efficiënte continue-golfwerking:Uit onderzoek is gebleken dat Nd:YAG-lasers zeer efficiënt werken in de continue-golfmodus (CW), wat hun effectiviteit als versterkingsmedium in diodepomplasersystemen benadrukt. Dit omvat het bereiken van hoge optische conversie-efficiënties en hellingsefficiënties, wat de geschiktheid van Nd:YAG voor hoogrenderende lasertoepassingen verder onderstreept (Zhu et al., 2013).

De combinatie van hoog rendement, vermogen, operationele flexibiliteit, betrouwbaarheid, lange levensduur en uitstekende straalkwaliteit maakt Nd:YAG tot een favoriet versterkingsmedium in halfgeleider-gepompte lasermodules voor een breed scala aan toepassingen.

Referentie

Chang, Y., Su, K., Chang, H., & Chen, Y. (2009). Compacte, efficiënte, Q-geschakelde, oogveilige laser bij 1525 nm met een dubbelzijdig diffusiegebonden Nd:YVO4-kristal als zelf-Raman-medium. 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 versterkingsmedium voor 155 µm lasers. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Experimenteel model van een Er/Yb-versterkingsmedium voor vezelversterkers 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, duurzame, diodepompende Nd:YAG-laser voor op ruimte gebaseerde topografische hoogtemeting van vegetatie. Applied Optics, 43(27), 5236-5242.

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

Vrijwaring:

Wij verklaren hierbij dat een deel van de afbeeldingen op onze website afkomstig is van internet en Wikipedia, met als doel het bevorderen van educatie en het delen van informatie. 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 inhoud uw auteursrecht schendt, neem dan contact met ons op. We zijn graag bereid passende maatregelen te nemen, zoals het verwijderen van afbeeldingen of het correct vermelden van de bron, om te zorgen dat de wet- en regelgeving inzake intellectueel eigendom wordt nageleefd. Ons doel is een platform te bieden dat rijk is aan inhoud, eerlijk is en de intellectuele eigendomsrechten van anderen respecteert.
U kunt contact met ons opnemen via het volgende e-mailadres:sales@lumispot.cnWij verbinden ons ertoe onmiddellijk actie te ondernemen na ontvangst van een melding en garanderen 100% medewerking bij het oplossen van dergelijke problemen.

Inhoudsopgave: