Новости - Почему мы используем кристалл Nd:YAG в качестве активной среды в DPSS-лазере?

Подпишитесь на наши социальные сети для получения быстрых публикаций

Что такое среда усиления лазера?

Среда усиления лазера — это материал, усиливающий свет посредством вынужденного излучения. Когда атомы или молекулы среды возбуждаются до более высоких энергетических уровней, они могут испускать фотоны определённой длины волны при возвращении в более низкое энергетическое состояние. Этот процесс усиливает проходящий через среду свет, что является основой работы лазера.

[Похожие блоги:Ключевые компоненты лазера]

Какова обычная среда усиления?

Среда усиления может быть различной, включаягазы, жидкости (красители), твердые вещества(кристаллы или стекла, легированные ионами редкоземельных или переходных металлов) и полупроводники.Твердотельные лазерыНапример, часто используются кристаллы типа Nd:YAG (иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом) или стёкла, легированные редкоземельными элементами. Лазеры на красителях используют органические красители, растворённые в растворителях, а газовые лазеры — газы или газовые смеси.

Лазерные стержни (слева направо): рубиновый, александритовый, Er:YAG, Nd:YAG

Различия между Nd (неодимом), Er (эрбием) и Yb (иттербием) в качестве усиливающих сред

в первую очередь связаны с длинами волн их излучения, механизмами передачи энергии и применениями, особенно в контексте легированных лазерных материалов.

Длины волн излучения:

- Эрбий: эрбий обычно излучает на длине волны 1,55 мкм, что находится в безопасном для глаз диапазоне и весьма полезно для телекоммуникационных приложений из-за его низких потерь в оптических волокнах (Гонг и др., 2016 г.).

- Yb: Иттербий часто излучает излучение с длиной волны от 1,0 до 1,1 мкм, что делает его пригодным для широкого спектра применений, включая мощные лазеры и усилители. Yb часто используется в качестве сенсибилизатора для эрбия, повышая эффективность устройств, легированных эрбием, путём передачи энергии от Yb к эрбию.

- Материалы, легированные неодимом: Nd, обычно излучают около 1,06 мкм. Например, Nd:YAG известен своей эффективностью и широко используется как в промышленных, так и в медицинских лазерах (Y. Chang et al., 2009).

Механизмы передачи энергии:

- Совместное легирование эрбием и иттербием: совместное легирование эрбием и иттербием в среде-хозяине способствует усилению излучения в диапазоне 1,5–1,6 мкм. Иттербий действует как эффективный сенсибилизатор для эрбия, поглощая свет накачки и передавая энергию ионам эрбия, что приводит к усилению излучения в телекоммуникационном диапазоне. Этот перенос энергии критически важен для работы волоконных усилителей, легированных эрбием (EDFA) (Д.К. Высоких и др., 2023).

- Nd: Nd обычно не требует сенсибилизатора, такого как Yb, в системах, легированных эрбием. Эффективность Nd обусловлена его прямым поглощением света накачки и последующим излучением, что делает его простой и эффективной средой для усиления лазеров.

Приложения:

- Э-э:В основном используется в телекоммуникациях благодаря своей длине волны излучения 1,55 мкм, что совпадает с минимальным диапазоном потерь кварцевых оптических волокон. Активные среды, легированные эрбием, критически важны для оптических усилителей и лазеров в системах дальней волоконно-оптической связи.

- Ыб:Часто используется в мощных устройствах благодаря относительно простой электронной структуре, обеспечивающей эффективную диодную накачку и высокую выходную мощность. Материалы, легированные иттербием (Yb), также используются для повышения производительности систем, легированных эрбием.

- нд: Отлично подходит для широкого спектра применений: от промышленной резки и сварки до медицинских лазеров. Лазеры Nd:YAG особенно ценятся за свою эффективность, мощность и универсальность.

Почему мы выбрали Nd:YAG в качестве активной среды в лазере с диодной накачкой (DPSS)

Лазер с диодной накачкой (DPSS) — это тип лазера, использующего твердотельную активную среду (например, Nd:YAG), накачиваемую полупроводниковым лазерным диодом. Эта технология позволяет создавать компактные и эффективные лазеры, способные генерировать высококачественные лучи в видимом и инфракрасном диапазонах. Подробную статью можно найти в авторитетных научных базах данных или у авторитетных издательств, где представлены исчерпывающие обзоры технологии лазеров с диодной накачкой (DPSS).

Nd:YAG часто используется в качестве усиливающей среды в лазерных модулях с полупроводниковой накачкой по нескольким причинам, как подчеркивают различные исследования:

1. Высокая эффективность и выходная мощность: Разработка и моделирование модуля Nd:YAG-лазера с боковой накачкой диодами продемонстрировали значительную эффективность. Nd:YAG-лазер с боковой накачкой диодами обеспечивает максимальную среднюю мощность 220 Вт, поддерживая постоянную энергию импульса в широком диапазоне частот. Это свидетельствует о высокой эффективности и потенциале высокой выходной мощности Nd:YAG-лазеров при диодной накачке (Lera et al., 2016).
2. Эксплуатационная гибкость и надежностьКерамика Nd:YAG эффективно работает на различных длинах волн, включая безопасные для глаз, демонстрируя высокую опто-оптическую эффективность. Это демонстрирует универсальность и надёжность Nd:YAG в качестве активной среды в различных лазерных приложениях (Zhang et al., 2013).
3. Долговечность и качество луча: Исследования высокоэффективного лазера Nd:YAG с диодной накачкой продемонстрировали его долговечность и стабильность работы, что свидетельствует о пригодности Nd:YAG для приложений, требующих долговечных и надежных источников лазерного излучения. В исследовании сообщается о длительной работе с более чем 4,8 x 10^9 импульсов без оптических повреждений и сохранении превосходного качества луча (Coyle et al., 2004).
4. Высокоэффективная работа в непрерывном режиме:Исследования продемонстрировали высокую эффективность непрерывной работы лазеров Nd:YAG, что подтверждает их эффективность в качестве активной среды в лазерных системах с диодной накачкой. Это включает в себя достижение высокой эффективности оптического преобразования и наклонной эффективности, что ещё раз подтверждает пригодность Nd:YAG для высокоэффективных лазерных приложений (Zhu et al., 2013).

Сочетание высокой эффективности, выходной мощности, эксплуатационной гибкости, надежности, долговечности и превосходного качества пучка делает Nd:YAG предпочтительной усиливающей средой в лазерных модулях с полупроводниковой накачкой для широкого спектра применений.

Ссылка

Чанг, И., Су, К., Чанг, Х. и Чен, И. (2009). Компактный и эффективный безопасный для глаз лазер с модуляцией добротности на длине волны 1525 нм с двухсторонним диффузионно-связанным кристаллом Nd:YVO4 в качестве среды для самокомбинационного рассеяния. Optics Express, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z. и Huang, Y. (2016). Выращивание и спектроскопические свойства кристалла Er:Yb:KGd(PO3)_4 как перспективной среды для усиления лазеров с длиной волны 155 мкм. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Высоких, Д.К., Базакуца, А., Дорофеенко, А.В., и Бутов, О. (2023). Экспериментальная модель эрбиевой/иттербиевой активной среды для волоконных усилителей и лазеров. Журнал оптического общества Америки (Journal of the Optical Society of America B).

Лера Р., Валле-Брозас Ф., Торрес-Пейро С., Руис-де-ла-Крус А., Галан М., Беллидо П., Сеймец М., Бенлох Дж. и Розо Л. (2016). Моделирование профиля усиления и характеристик QCW Nd:YAG-лазера с диодной боковой накачкой. Прикладная оптика, 55(33), 9573-9576.

Чжан, Х., Чэнь, Х., Ван, Ц., Чжан, Х., Чан, Д., Гао, Л., Шэнь, Х., Конг, З., Лю, З., Тао, Х. и Ли, П. (2013). Высокоэффективный безопасный для глаз керамический лазер Nd:YAG с длиной волны 1442,8 нм. Optics Letters, 38(16), 3075-3077.

Койл, Д.Б., Кей, Р., Стайсли, П. и Пулиос, Д. (2004). Эффективный, надежный, долговечный Nd:YAG-лазер с диодной накачкой для топографической альтиметрии растительности в космосе. Прикладная оптика, 43(27), 5236-5242.

Чжу, Х.Й., Сю, Ч.В., Чжан, Дж., Тан, Д., Ло, Д. и Дуань, И. (2013). Высокоэффективные керамические лазеры на основе Nd:YAG непрерывного излучения с длиной волны 946 нм. Laser Physics Letters, 10.

Отказ от ответственности:

Настоящим мы заявляем, что некоторые изображения, представленные на нашем сайте, собраны из Интернета и Википедии в целях развития образования и обмена информацией. Мы уважаем права интеллектуальной собственности всех создателей. Использование этих изображений не предназначено для получения коммерческой выгоды.
Если вы считаете, что какой-либо из использованных материалов нарушает ваши авторские права, пожалуйста, свяжитесь с нами. Мы готовы принять соответствующие меры, включая удаление изображений или указание авторства, для обеспечения соблюдения законов и норм в области интеллектуальной собственности. Наша цель — поддерживать платформу с богатым контентом, справедливым подходом и уважением прав интеллектуальной собственности других лиц.
Пожалуйста, свяжитесь с нами по следующему адресу электронной почты:sales@lumispot.cnМы обязуемся принимать немедленные меры при получении любого уведомления и гарантируем 100% сотрудничество в решении любых подобных проблем.

Оглавление: