Tin tức - Tại sao chúng ta sử dụng tinh thể Nd: YAG làm môi trường khuếch đại trong laser DPSS?

Đăng ký phương tiện truyền thông xã hội của chúng tôi để đăng bài nhanh chóng

Môi trường khuếch đại laser là gì?

Môi trường tăng cường laser là vật liệu khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích. Khi các nguyên tử hoặc phân tử của môi trường được kích thích lên mức năng lượng cao hơn, chúng có thể phát ra các photon có bước sóng cụ thể khi trở về trạng thái năng lượng thấp hơn. Quá trình này khuếch đại ánh sáng đi qua môi trường, đây là yếu tố cơ bản đối với hoạt động của laser.

[Blog liên quan:Các thành phần chính của laser]

Mức tăng thông thường là bao nhiêu?

Môi trường khuếch đại có thể thay đổi, bao gồmkhí, chất lỏng (thuốc nhuộm), chất rắn(tinh thể hoặc kính pha tạp ion đất hiếm hoặc ion kim loại chuyển tiếp) và chất bán dẫn.Laser trạng thái rắn, ví dụ, thường sử dụng các tinh thể như Nd: YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet) hoặc kính được pha tạp với các nguyên tố đất hiếm. Laser nhuộm sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ hòa tan trong dung môi, và laser khí sử dụng khí hoặc hỗn hợp khí.

Thanh laser (từ trái sang phải): Ruby, Alexandrite, Er:YAG, Nd:YAG

Sự khác biệt giữa Nd (Neodymium), Er (Erbium) và Yb (Ytterbium) làm môi trường khuếch đại

chủ yếu liên quan đến bước sóng phát xạ, cơ chế truyền năng lượng và ứng dụng của chúng, đặc biệt là trong bối cảnh vật liệu laser pha tạp.

Bước sóng phát xạ:

- Er: Erbium thường phát ra ở mức 1,55 µm, nằm trong vùng an toàn cho mắt và rất hữu ích cho các ứng dụng viễn thông do có mức suy hao thấp trong sợi quang (Gong et al., 2016).

- Yb: Ytterbi thường phát ra khoảng 1,0 đến 1,1 µm, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng, bao gồm cả laser công suất cao và bộ khuếch đại. Yb thường được sử dụng như một chất nhạy cảm với Er để tăng hiệu quả của các thiết bị pha tạp Er bằng cách truyền năng lượng từ Yb sang Er.

- Nd: Vật liệu pha tạp Neodymium thường phát ra khoảng 1,06 µm. Ví dụ, Nd:YAG nổi tiếng về hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong cả laser công nghiệp và y tế (Y. Chang và cộng sự, 2009).

Cơ chế truyền năng lượng:

- Đồng pha tạp Er và Yb: Đồng pha tạp Er và Yb trong môi trường chủ có lợi cho việc tăng cường phát xạ trong phạm vi 1,5-1,6 µm. Yb hoạt động như một chất nhạy cảm hiệu quả đối với Er bằng cách hấp thụ ánh sáng bơm và truyền năng lượng cho các ion Er, dẫn đến phát xạ khuếch đại trong băng tần viễn thông. Sự truyền năng lượng này rất quan trọng đối với hoạt động của bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Er (EDFA) (DK Vysokikh và cộng sự, 2023).

- Nd: Nd thường không yêu cầu chất nhạy cảm như Yb trong các hệ thống pha tạp Er. Hiệu quả của Nd có được từ sự hấp thụ trực tiếp ánh sáng bơm và phát xạ tiếp theo, khiến nó trở thành môi trường khuếch đại laser đơn giản và hiệu quả.

Ứng dụng:

- Ờ:Được sử dụng chủ yếu trong viễn thông do phát xạ ở mức 1,55 µm, trùng với cửa sổ mất mát tối thiểu của sợi quang silica. Môi trường khuếch đại pha tạp Er rất quan trọng đối với bộ khuếch đại quang và laser trong hệ thống truyền thông sợi quang đường dài.

- Yb:Thường được sử dụng trong các ứng dụng công suất cao do cấu trúc điện tử tương đối đơn giản cho phép bơm diode hiệu quả và công suất đầu ra cao. Vật liệu pha tạp Yb cũng được sử dụng để tăng cường hiệu suất của các hệ thống pha tạp Er.

- Nd: Thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ cắt và hàn công nghiệp đến laser y tế. Laser Nd:YAG đặc biệt được đánh giá cao vì hiệu quả, công suất và tính linh hoạt.

Tại sao chúng tôi chọn Nd:YAG làm môi trường khuếch đại trong laser DPSS

Laser DPSS là loại laser sử dụng môi trường khuếch đại trạng thái rắn (như Nd: YAG) được bơm bằng diode laser bán dẫn. Công nghệ này cho phép tạo ra các laser nhỏ gọn, hiệu quả có khả năng tạo ra các chùm tia chất lượng cao trong quang phổ từ khả kiến đến hồng ngoại. Để biết bài viết chi tiết, bạn có thể cân nhắc tìm kiếm qua các cơ sở dữ liệu khoa học hoặc nhà xuất bản có uy tín để biết các bài đánh giá toàn diện về công nghệ laser DPSS.

[Sản phẩm liên quan :Laser trạng thái rắn được bơm bằng diode]

Nd:YAG thường được sử dụng làm môi trường khuếch đại trong các mô-đun laser bơm bán dẫn vì một số lý do, như được nêu bật trong nhiều nghiên cứu khác nhau:

1. Hiệu suất cao và công suất đầu ra: Thiết kế và mô phỏng mô-đun laser Nd:YAG bơm bên diode đã chứng minh hiệu suất đáng kể, với laser Nd:YAG bơm bên diode cung cấp công suất trung bình tối đa là 220 W trong khi vẫn duy trì năng lượng không đổi trên mỗi xung trong dải tần số rộng. Điều này cho thấy hiệu suất cao và tiềm năng cho công suất đầu ra cao của laser Nd:YAG khi được bơm bằng diode (Lera et al., 2016).
2. Tính linh hoạt và độ tin cậy trong hoạt động: Gốm Nd:YAG đã được chứng minh là hoạt động hiệu quả ở nhiều bước sóng khác nhau, bao gồm cả bước sóng an toàn cho mắt, với hiệu suất quang học-quang học cao. Điều này chứng minh tính linh hoạt và độ tin cậy của Nd:YAG như một môi trường khuếch đại trong các ứng dụng laser khác nhau (Zhang và cộng sự, 2013).
3. Tuổi thọ và chất lượng chùm tia: Nghiên cứu về laser Nd:YAG bơm diode hiệu suất cao nhấn mạnh đến tuổi thọ và hiệu suất ổn định của nó, cho thấy Nd:YAG phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi nguồn laser bền và đáng tin cậy. Nghiên cứu báo cáo hoạt động kéo dài với hơn 4,8 x 10^9 lần bắn mà không bị hỏng quang học, duy trì chất lượng chùm tia tuyệt vời (Coyle et al., 2004).
4. Hoạt động sóng liên tục hiệu quả cao:Các nghiên cứu đã chứng minh hoạt động sóng liên tục (CW) hiệu quả cao của laser Nd:YAG, làm nổi bật hiệu quả của chúng như một môi trường khuếch đại trong các hệ thống laser bơm diode. Điều này bao gồm đạt được hiệu suất chuyển đổi quang học và hiệu suất dốc cao, chứng minh thêm tính phù hợp của Nd:YAG cho các ứng dụng laser hiệu suất cao (Zhu et al., 2013).

Sự kết hợp giữa hiệu suất cao, công suất đầu ra, tính linh hoạt khi vận hành, độ tin cậy, tuổi thọ và chất lượng chùm tia tuyệt vời khiến Nd:YAG trở thành môi trường khuếch đại được ưa chuộng trong các mô-đun laser bơm bán dẫn cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Thẩm quyền giải quyết

Chang, Y., Su, K., Chang, H., & Chen, Y. (2009). Laser an toàn cho mắt Q-switched hiệu quả nhỏ gọn ở 1525 nm với tinh thể Nd:YVO4 liên kết khuếch tán hai đầu như môi trường tự Raman. Optics Express, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., & Huang, Y. (2016). Tính chất phát triển và quang phổ của tinh thể Er:Yb:KGd(PO3)_4 như một môi trường tăng cường laser 155 µm đầy hứa hẹn. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Mô hình dựa trên thí nghiệm về môi trường khuếch đại Er/Yb cho bộ khuếch đại sợi quang và laser. Tạp chí của Hiệp hội quang học Hoa Kỳ 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). Mô phỏng cấu hình khuếch đại và hiệu suất của laser QCW Nd:YAG được bơm bên diode. Quang học Ứng dụng, 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). Laser an toàn cho mắt bằng gốm Nd:YAG hiệu suất cao hoạt động ở 1442,8 nm. Optics Letters, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P., & Poulios, D. (2004). Laser Nd:YAG bơm diode hiệu quả, đáng tin cậy, tuổi thọ cao cho phép đo độ cao địa hình thảm thực vật trên không gian. Applied Optics, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., & Duan, Y. (2013). Laser gốm Nd:YAG sóng liên tục hiệu suất cao ở 946 nm. Laser Physics Letters, 10.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm:

Chúng tôi xin tuyên bố rằng một số hình ảnh hiển thị trên trang web của chúng tôi được thu thập từ Internet và Wikipedia, với mục đích thúc đẩy giáo dục và chia sẻ thông tin. Chúng tôi tôn trọng quyền sở hữu trí tuệ của tất cả những người sáng tạo. Việc sử dụng những hình ảnh này không nhằm mục đích lợi nhuận thương mại.
Nếu bạn tin rằng bất kỳ nội dung nào được sử dụng vi phạm bản quyền của bạn, vui lòng liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi rất sẵn lòng thực hiện các biện pháp thích hợp, bao gồm xóa hình ảnh hoặc cung cấp thông tin ghi nhận phù hợp, để đảm bảo tuân thủ luật và quy định về sở hữu trí tuệ. Mục tiêu của chúng tôi là duy trì một nền tảng có nội dung phong phú, công bằng và tôn trọng quyền sở hữu trí tuệ của người khác.
Vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ email sau:sales@lumispot.cn. Chúng tôi cam kết sẽ hành động ngay khi nhận được bất kỳ thông báo nào và đảm bảo hợp tác 100% để giải quyết mọi vấn đề như vậy.

Mục lục：