Nachrichten – Warum verwenden wir Nd:YAG-Kristall als Verstärkungsmedium im DPSS-Laser?

Abonnieren Sie unsere sozialen Medien für zeitnahe Beiträge

Was ist ein Laser-Gain-Medium?

Ein Laserverstärkungsmedium ist ein Material, das Licht durch stimulierte Emission verstärkt. Wenn die Atome oder Moleküle des Mediums auf höhere Energieniveaus angeregt werden, können sie Photonen einer bestimmten Wellenlänge emittieren, wenn sie in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehren. Dieser Prozess verstärkt das durch das Medium hindurchtretende Licht, was für den Laserbetrieb von grundlegender Bedeutung ist.

[Verwandter Blog:Schlüsselkomponenten des Lasers]

Was ist das übliche Verstärkungsmedium?

Das Verstärkungsmedium kann variiert werden, u.aGase, Flüssigkeiten (Farbstoffe), Feststoffe(mit Seltenerd- oder Übergangsmetallionen dotierte Kristalle oder Gläser) und Halbleiter.FestkörperlaserBeispielsweise werden häufig Kristalle wie Nd:YAG (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) oder mit Seltenerdelementen dotierte Gläser verwendet. Farbstofflaser nutzen in Lösungsmitteln gelöste organische Farbstoffe, Gaslaser nutzen Gase oder Gasgemische.

Laserstäbe (von links nach rechts): Rubin, Alexandrit, Er:YAG, Nd:YAG

Die Unterschiede zwischen Nd (Neodym), Er (Erbium) und Yb (Ytterbium) als Verstärkungsmedien

beziehen sich hauptsächlich auf ihre Emissionswellenlängen, Energieübertragungsmechanismen und Anwendungen, insbesondere im Zusammenhang mit dotierten Lasermaterialien.

Emissionswellenlängen:

- Er: Erbium emittiert typischerweise bei 1,55 µm, was im augensicheren Bereich liegt und aufgrund seines geringen Verlusts in optischen Fasern für Telekommunikationsanwendungen äußerst nützlich ist (Gong et al., 2016).

- Yb: Ytterbium emittiert oft etwa 1,0 bis 1,1 µm und eignet sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Hochleistungslasern und Verstärkern. Yb wird häufig als Sensibilisator für Er verwendet, um die Effizienz Er-dotierter Geräte durch die Übertragung von Energie von Yb auf Er zu steigern.

- Nd: Mit Neodym dotierte Materialien emittieren typischerweise etwa 1,06 µm. Nd:YAG beispielsweise ist für seine Effizienz bekannt und wird sowohl in industriellen als auch medizinischen Lasern häufig eingesetzt (Y. Chang et al., 2009).

Energieübertragungsmechanismen:

- Kodotierung von Er und Yb: Die Kodotierung von Er und Yb in einem Wirtsmedium ist vorteilhaft für die Verbesserung der Emission im Bereich von 1,5–1,6 µm. Yb fungiert als effizienter Sensibilisator für Er, indem es Pumplicht absorbiert und Energie auf Er-Ionen überträgt, was zu einer verstärkten Emission im Telekommunikationsband führt. Dieser Energietransfer ist entscheidend für den Betrieb von Er-dotierten Faserverstärkern (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- Nd: Für Nd ist normalerweise kein Sensibilisator wie Yb in Er-dotierten Systemen erforderlich. Die Effizienz von Nd beruht auf der direkten Absorption von Pumplicht und der anschließenden Emission, was es zu einem unkomplizierten und effizienten Laserverstärkungsmedium macht.

Anwendungen:

- Ähm:Wird aufgrund seiner Emission bei 1,55 µm, die mit dem minimalen Verlustfenster optischer Quarzfasern zusammenfällt, hauptsächlich in der Telekommunikation verwendet. Er-dotierte Verstärkungsmedien sind für optische Verstärker und Laser in faseroptischen Fernkommunikationssystemen von entscheidender Bedeutung.

- Yb:Aufgrund seiner relativ einfachen elektronischen Struktur, die ein effizientes Diodenpumpen und eine hohe Leistungsabgabe ermöglicht, wird es häufig in Hochleistungsanwendungen eingesetzt. Yb-dotierte Materialien werden auch verwendet, um die Leistung von Er-dotierten Systemen zu verbessern.

- Nd: Gut geeignet für ein breites Anwendungsspektrum, vom industriellen Schneiden und Schweißen bis hin zu medizinischen Lasern. Nd:YAG-Laser werden besonders wegen ihrer Effizienz, Leistung und Vielseitigkeit geschätzt.

Warum haben wir Nd:YAG als Verstärkungsmedium im DPSS-Laser gewählt?

Ein DPSS-Laser ist ein Lasertyp, der ein Festkörper-Verstärkungsmedium (wie Nd:YAG) verwendet, das von einer Halbleiterlaserdiode gepumpt wird. Diese Technologie ermöglicht kompakte, effiziente Laser, die hochwertige Strahlen im sichtbaren bis infraroten Spektrum erzeugen können. Für einen ausführlichen Artikel könnten Sie erwägen, in seriösen wissenschaftlichen Datenbanken oder Verlagen nach umfassenden Rezensionen zur DPSS-Lasertechnologie zu suchen.

[Verwandtes Produkt:Diodengepumpter Festkörperlaser]

Nd:YAG wird aus mehreren Gründen häufig als Verstärkungsmedium in halbleitergepumpten Lasermodulen verwendet, wie verschiedene Studien belegen:

1.Hohe Effizienz und Leistungsabgabe: Ein Entwurf und Simulationen eines diodenseitig gepumpten Nd:YAG-Lasermoduls zeigten eine erhebliche Effizienz, wobei ein diodenseitig gepumpter Nd:YAG-Laser eine maximale Durchschnittsleistung von 220 W lieferte und gleichzeitig die Energie pro Impuls in einem weiten Frequenzbereich konstant hielt. Dies weist auf die hohe Effizienz und das Potenzial für eine hohe Leistungsabgabe von Nd:YAG-Lasern hin, wenn diese durch Dioden gepumpt werden (Lera et al., 2016).
2.Betriebliche Flexibilität und Zuverlässigkeit: Nd:YAG-Keramik funktioniert nachweislich effizient bei verschiedenen Wellenlängen, einschließlich augensicherer Wellenlängen, mit hoher optisch-optischer Effizienz. Dies zeigt die Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit von Nd:YAG als Verstärkungsmedium in verschiedenen Laseranwendungen (Zhang et al., 2013).
3. Langlebigkeit und Strahlqualität: Untersuchungen an einem hocheffizienten, diodengepumpten Nd:YAG-Laser haben seine Langlebigkeit und konstante Leistung hervorgehoben und die Eignung von Nd:YAG für Anwendungen gezeigt, die langlebige und zuverlässige Laserquellen erfordern. Die Studie berichtete über einen längeren Betrieb mit mehr als 4,8 x 10^9 Schüssen ohne optische Schäden und unter Beibehaltung einer hervorragenden Strahlqualität (Coyle et al., 2004).
4. Hocheffizienter Dauerstrichbetrieb:Studien haben den hocheffizienten Dauerstrichbetrieb (CW) von Nd:YAG-Lasern nachgewiesen und ihre Wirksamkeit als Verstärkungsmedium in diodengepumpten Lasersystemen unterstrichen. Dazu gehört das Erreichen hoher optischer Umwandlungseffizienzen und Steigungseffizienzen, was die Eignung von Nd:YAG für hocheffiziente Laseranwendungen weiter bestätigt (Zhu et al., 2013).

Die Kombination aus hoher Effizienz, Leistungsabgabe, betrieblicher Flexibilität, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und hervorragender Strahlqualität macht Nd:YAG zu einem bevorzugten Verstärkungsmedium in halbleitergepumpten Lasermodulen für eine Vielzahl von Anwendungen.

Referenz

Chang, Y., Su, K., Chang, H. & Chen, Y. (2009). Kompakter, effizienter gütegeschalteter, augensicherer Laser bei 1525 nm mit einem doppelseitig diffusionsgebundenen Nd:YVO4-Kristall als selbst-Raman-Medium. Optics Express, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z. & Huang, Y. (2016). Wachstum und spektroskopische Eigenschaften des Er:Yb:KGd(PO3)_4-Kristalls als vielversprechendes 155-µm-Laserverstärkungsmedium. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Experimentelles Modell des Er/Yb-Verstärkungsmediums für Faserverstärker und Laser. Zeitschrift der 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). Simulationen des Verstärkungsprofils und der Leistung eines diodenseitig gepumpten QCW-Nd:YAG-Lasers. Angewandte Optik, 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). Hocheffizienter, augensicherer Nd:YAG-Keramiklaser mit einer Wellenlänge von 1442,8 nm. Optics Letters, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P. & Poulios, D. (2004). Effizienter, zuverlässiger, langlebiger, diodengepumpter Nd:YAG-Laser für die weltraumgestützte topografische Höhenmessung der Vegetation. Angewandte Optik, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D. & Duan, Y. (2013). Hocheffiziente Dauerstrich-Nd:YAG-Keramiklaser bei 946 nm. Laserphysik-Briefe, 10.

Haftungsausschluss:

Wir erklären hiermit, dass einige der auf unserer Website angezeigten Bilder aus dem Internet und Wikipedia gesammelt wurden, mit dem Ziel, Bildung und Informationsaustausch zu fördern. Wir respektieren die geistigen Eigentumsrechte aller Urheber. Die Verwendung dieser Bilder ist nicht für kommerzielle Zwecke bestimmt.
Wenn Sie der Meinung sind, dass der verwendete Inhalt Ihr Urheberrecht verletzt, kontaktieren Sie uns bitte. Wir sind gerne bereit, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, einschließlich der Entfernung von Bildern oder der Bereitstellung einer korrekten Namensnennung, um die Einhaltung der Gesetze und Vorschriften zum Schutz geistigen Eigentums sicherzustellen. Unser Ziel ist es, eine Plattform zu pflegen, die reich an Inhalten und fair ist und die geistigen Eigentumsrechte anderer respektiert.
Bitte kontaktieren Sie uns unter der folgenden E-Mail-Adresse:sales@lumispot.cn. Wir verpflichten uns, nach Erhalt einer Benachrichtigung unverzüglich Maßnahmen zu ergreifen und garantieren eine 100-prozentige Zusammenarbeit bei der Lösung solcher Probleme.

Inhaltsverzeichnis: