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

Hãy theo dõi chúng tôi trên mạng xã hội để nhận bài đăng nhanh chóng!

Môi trường khuếch đại laser là gì?

Môi trường khuếch đại 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 lại trạng thái năng lượng thấp hơn. Quá trình này khuếch đại ánh sáng đi qua môi trường, đây là yếu tố cơ bản trong hoạt động của laser.

[Bài viết liên quan:]Các thành phần chính của laser]

Mức tăng thông thường là bao nhiêu?

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

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

Sự khác biệt giữa Nd (Neodymium), Er (Erbium) và Yb (Ytterbium) với vai trò là 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 xạ ở bước sóng 1,55 µm, nằm trong vùng an toàn cho mắt và rất hữu ích cho các ứng dụng viễn thông do tổn hao thấp trong sợi quang (Gong et al., 2016).

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

- Nd: Các vật liệu pha tạp Neodymium thường phát ra ánh sáng ở khoảng 1,06 µm. Ví dụ, Nd:YAG nổi tiếng về hiệu suất và được sử dụng rộng rãi trong cả laser công nghiệp và y tế (Y. Chang et al., 2009).

Cơ chế truyền năng lượng:

- Pha tạp đồng thời Er và Yb: Việc pha tạp đồng thời Er và Yb vào môi trường nền có lợi cho việc tăng cường phát xạ trong dải 1,5-1,6 µm. Yb hoạt động như một chất nhạy cảm hiệu quả cho Er bằng cách hấp thụ ánh sáng bơm và truyền năng lượng cho các ion Er, dẫn đến sự phát xạ được 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 et al., 2023).

- Nd: Nd thường không cần chất nhạy sáng như Yb trong các hệ thống pha tạp Er. Hiệu suất của Nd đến từ khả năng hấp thụ trực tiếp ánh sáng kích thích và phát xạ sau đó, biến nó thành môi trường khuếch đại laser đơn giản và hiệu quả.

Ứng dụng:

- Er:Chủ yếu được sử dụng trong viễn thông do phát xạ ở bước sóng 1,55 µm, trùng với cửa sổ suy hao 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 các hệ thống truyền thông cáp quang đường dài.

- Yb:Vật liệu pha tạp 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 nâng cao hiệu suất của các hệ thống pha tạp Er.

- NdThích hợp cho nhiều ứng dụng, từ cắt và hàn công nghiệp đến laser y tế. Laser Nd:YAG được đánh giá cao về hiệu suất, công suất và tính linh hoạt.

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

Laser DPSS là một loại laser sử dụng môi trường khuếch đại trạng thái rắn (như Nd:YAG) được kích thích bởi diode laser bán dẫn. Công nghệ này cho phép tạo ra các laser nhỏ gọn, hiệu quả, có khả năng tạo ra chùm tia chất lượng cao trong phổ ánh sáng nhìn thấy đến hồng ngoại. Để có bài viết chi tiết hơn, bạn có thể tham khảo các cơ sở dữ liệu khoa học hoặc nhà xuất bản uy tín để tìm các bài đánh giá toàn diện về công nghệ laser DPSS.

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

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 đã được chỉ ra trong nhiều nghiên cứu:

1. Hiệu suất cao và công suất đầu ra lớnThiết kế và mô phỏng mô-đun laser Nd:YAG bơm cạnh bằng diode đã chứng minh hiệu suất đáng kể, với laser Nd:YAG bơm cạnh bằng diode cung cấp công suất trung bình tối đa là 220 W trong khi duy trì năng lượng không đổi trên mỗi xung trong dải tần số rộng. Điều này cho thấy hiệu suất cao và tiềm năng tạo ra công suất lớn của laser Nd:YAG khi được bơm bằng diode (Lera et al., 2016).
2. Tính linh hoạt và độ tin cậy trong vận hànhCác vật liệu gốm Nd:YAG đã được chứng minh là hoạt động hiệu quả ở nhiều bước sóng khác nhau, bao gồm cả các bước sóng an toàn cho mắt, với hiệu suất quang học-quang học cao. Điều này chứng tỏ 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 tiaNghiên cứu về laser Nd:YAG bơm bằng diode hiệu suất cao đã nhấn mạnh tuổi thọ và hiệu suất ổn định của nó, cho thấy sự phù hợp của Nd:YAG cho các ứng dụng yêu cầu nguồn laser bền bỉ và đáng tin cậy. Nghiên cứu báo cáo hoạt động kéo dài với hơn 4,8 x 10^9 lần bắn mà không gây hư hại quang học, duy trì chất lượng chùm tia tuyệt vời (Coyle et al., 2004).
4. Hoạt động liên tục với hiệu suất 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 bằng diode. Điều này bao gồm việc đạt được hiệu suất chuyển đổi quang học và hiệu suất độ dốc cao, càng chứng minh thêm sự 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 trong vận hành, độ tin cậy, tuổi thọ cao và chất lượng chùm tia tuyệt vời đã làm cho 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 chuyển mạch Q nhỏ gọn, hiệu quả, an toàn cho mắt ở bước sóng 1525 nm với tinh thể Nd:YVO4 liên kết khuếch tán hai đầu làm 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). Sự phát triển và các đặc tính quang phổ của tinh thể Er:Yb:KGd(PO3)_4 như một môi trường khuếch đại laser 155 µm đầy triển vọng. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Mô hình dựa trên thực nghiệm về môi trường khuếch đại Er/Yb cho bộ khuếch đại và laser sợi quang. 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 gốm Nd:YAG hiệu suất cao an toàn cho mắt hoạt động ở bước sóng 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 để đo độ cao địa hình thực vật từ 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 bước sóng 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 các tác giả. Việc sử dụng những hình ảnh này không nhằm mục đích lợi nhuận thương mại.
Nếu bạn cho rằng bất kỳ nội dung nào được sử dụng vi phạm bản quyền của bạn, vui lòng liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi sẵn sàng thực hiện các biện pháp thích hợp, bao gồm xóa hình ảnh hoặc cung cấp thông tin ghi nguồn chính xác, 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 giàu nội dung, công bằng và tôn trọng quyền sở hữu trí tuệ của người khác.
Vui lòng liên hệ với chúng tôi qua địa chỉ email sau:sales@lumispot.cnChúng tôi cam kết sẽ hành động ngay lập tức khi nhận được bất kỳ thông báo nào và đảm bảo hợp tác 100% trong việc giải quyết mọi vấn đề như vậy.

Mục lục: