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

Abonneer u op onze sociale media voor snelle berichten

Wat is een laserversterkingsmedium?

Een laserversterkingsmedium is een materiaal dat licht versterkt door gestimuleerde emissie. Wanneer de atomen of moleculen van het medium worden opgewonden tot hogere energieniveaus, kunnen ze fotonen van een bepaalde golflengte uitzenden wanneer ze terugkeren naar een lagere energietoestand. Dit proces versterkt het licht dat door het medium valt, wat fundamenteel is voor de laserwerking.

[Gerelateerde blog:Belangrijkste componenten van de laser]

Wat is het gebruikelijke winstmedium?

Het versterkingsmedium kan worden gevarieerd, inclusiefgassen, vloeistoffen (kleurstoffen), vaste stoffen(kristallen of glazen gedoteerd met zeldzame aardmetalen of overgangsmetaalionen) en halfgeleiders.Lasers in vaste toestandGebruik bijvoorbeeld vaak kristallen zoals Nd:YAG (Neodymium-gedopeerd Yttrium Aluminium Garnet) of glazen die zijn gedoteerd met zeldzame aardmetalen. Kleurstoflasers gebruiken organische kleurstoffen opgelost in oplosmiddelen, en gaslasers gebruiken gassen of gasmengsels.

Laserstaven (van links naar rechts): Ruby, Alexandrite, Er:YAG, Nd:YAG

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

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

Emissiegolflengten:

- Er: Erbium zendt doorgaans een straal uit van 1,55 µm, wat zich in het oogveilige gebied bevindt en zeer nuttig is voor telecommunicatietoepassingen vanwege het lage verlies aan optische vezels (Gong et al., 2016).

- Yb: Ytterbium zendt vaak ongeveer 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: Met neodymium gedoteerde materialen stoten doorgaans ongeveer 1,06 µm uit. 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 van Er en Yb: De co-dotering van Er en Yb in een gastheermedium is gunstig voor het verhogen 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 vereist doorgaans geen sensibilisator zoals Yb in Er-gedoteerde systemen. De efficiëntie van Nd is afgeleid van 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 samenvalt met het minimale verliesvenster van optische silicavezels. Er-gedoteerde versterkingsmedia zijn van cruciaal belang voor optische versterkers en lasers in glasvezelcommunicatiesystemen over lange afstanden.

- Ja:Vaak gebruikt in toepassingen met hoog vermogen vanwege de relatief eenvoudige elektronische structuur die efficiënt diodepompen 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 vanwege hun efficiëntie, kracht en veelzijdigheid.

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

Een DPSS-laser is een type laser dat gebruik maakt van een versterkingsmedium in vaste toestand (zoals Nd: YAG) dat wordt gepompt door een halfgeleiderlaserdiode. Deze technologie maakt compacte, efficiënte lasers mogelijk die hoogwaardige bundels in het zichtbare tot infrarood spectrum kunnen produceren. Voor een gedetailleerd artikel kunt u overwegen om in gerenommeerde wetenschappelijke databases of uitgevers te zoeken naar uitgebreide recensies over DPSS-lasertechnologie.

[Gerelateerd product:Diodegepompte vastestoflaser]

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

1. Hoog rendement en uitgangsvermogen: Een ontwerp en simulaties van een diode-zijgepompte Nd:YAG-lasermodule toonden een aanzienlijke efficiëntie aan, waarbij een diode-zij-gepompte Nd:YAG-laser een maximaal gemiddeld vermogen van 220 W leverde met behoud van een constante energie per puls in een breed frequentiebereik. Dit duidt op de hoge efficiëntie en het potentieel voor een hoog uitgangsvermogen van Nd:YAG-lasers wanneer ze worden gepompt door diodes (Lera et al., 2016).
2. Operationele flexibiliteit en betrouwbaarheid: Nd:YAG-keramiek heeft aangetoond efficiënt te werken bij verschillende golflengten, inclusief oogveilige golflengten, met een hoge optisch-optische efficiëntie. Dit demonstreert de veelzijdigheid en betrouwbaarheid van Nd:YAG als versterkingsmedium in verschillende lasertoepassingen (Zhang et al., 2013).
3. Levensduur en straalkwaliteit: Onderzoek naar een zeer efficiënte, diodegepompte Nd:YAG-laser benadrukte de lange levensduur en consistente prestaties ervan, wat aangeeft dat Nd:YAG geschikt is voor toepassingen die duurzame en betrouwbare laserbronnen vereisen. Het onderzoek rapporteerde een langere werking met meer dan 4,8 x 10^9 opnamen zonder optische schade, waarbij een uitstekende straalkwaliteit behouden bleef (Coyle et al., 2004).
4. Zeer efficiënte continue golfwerking:Studies hebben de zeer efficiënte continue golf (CW) werking van Nd:YAG-lasers aangetoond, wat hun effectiviteit als versterkingsmedium in diodegepompte lasersystemen benadrukt. Dit omvat het bereiken van hoge optische conversie-efficiënties en hellingsefficiënties, wat verder de geschiktheid van Nd:YAG voor hoogefficiënte lasertoepassingen aantoont (Zhu et al., 2013).

De combinatie van hoge efficiëntie, uitgangsvermogen, operationele flexibiliteit, betrouwbaarheid, lange levensduur en uitstekende straalkwaliteit maakt Nd:YAG een voorkeursversterkingsmedium in halfgeleidergepompte lasermodules voor een breed scala aan toepassingen.

Referentie

Chang, Y., Su, K., Chang, H., en Chen, Y. (2009). Compacte efficiënte Q-switched oogveilige laser bij 1525 nm met een dubbelzijdig diffusiegebonden Nd:YVO4-kristal als zelf-Raman-medium. Optica Express, 17(6), 4330-4335.

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

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Experimenteel model van Er/Yb-versterkingsmedium voor vezelversterkers en lasers. Tijdschrift van de 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 bij 1442,8 nm. Opticabrieven, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P., en Poulios, D. (2004). Efficiënte, betrouwbare, diodegepompte Nd:YAG-laser met lange levensduur voor topografische hoogtemeting van vegetatie in de ruimte. Toegepaste optica, 43(27), 5236-5242.

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

Vrijwaring:

Wij verklaren hierbij dat sommige van de op onze website weergegeven afbeeldingen afkomstig zijn 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 meer dan bereid om passende maatregelen te nemen, waaronder het verwijderen van afbeeldingen of het verstrekken van de juiste bronvermelding, om ervoor te zorgen dat de wet- en regelgeving op het gebied van intellectueel eigendom wordt nageleefd. Ons doel is om een platform te behouden dat rijk is aan inhoud, eerlijk is en de intellectuele eigendomsrechten van anderen respecteert.
Neem dan contact met ons op via het volgende e-mailadres:sales@lumispot.cn. Wij verbinden ons ertoe onmiddellijk actie te ondernemen na ontvangst van een melding en garanderen 100% medewerking bij het oplossen van dergelijke problemen.

Inhoudsopgave: