Noticias: ¿por qué estamos usando el cristal ND: YAG como medio de ganancia en el láser DPSS?

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¿Qué es un medio de ganancia láser?

Un medio de ganancia láser es un material que amplifica la luz por emisión estimulada. Cuando los átomos o moléculas del medio están excitadas a niveles de energía más altos, pueden emitir fotones de una longitud de onda particular al regresar a un estado de energía más baja. Este proceso amplifica la luz que pasa a través del medio, que es fundamental para la operación láser.

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¿Cuál es el medio de ganancia habitual?

El medio de ganancia puede variarse, incluidogases, Líquidos (tintes), sólido(cristales o anteojos dopados con iones de metal de tierra rara o transición) y semiconductores.Láseres de estado sólido, por ejemplo, a menudo use cristales como ND: YAG (granate de aluminio de itrio dopado con neodimio) o gafas dopadas con elementos de tierra rara. Los láseres de tinte usan tintes orgánicos disueltos en solventes, y los láseres de gas utilizan gases o mezclas de gas.

Varillas láser (de izquierda a derecha): Ruby, Alexandrite, er: yag, nd: yag

Las diferencias entre ND (neodimio), ER (Erbium) e YB (YTTERBIUM) como medios de ganancia de ganancia

Relacionarse principalmente con sus longitudes de onda de emisión, mecanismos de transferencia de energía y aplicaciones, especialmente en el contexto de materiales láser dopados.

Longitudes de onda de emisión:

- ER: Erbium generalmente emite a 1,55 µm, que se encuentra en la región segura de los ojos y muy útil para aplicaciones de telecomunicaciones debido a su baja pérdida en fibras ópticas (Gong et al., 2016).

- YB: Ytterbium a menudo emite alrededor de 1.0 a 1.1 µm, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones, incluidos láseres y amplificadores de alta potencia. YB a menudo se usa como un sensibilizador para ER para mejorar la eficiencia de los dispositivos dopados con ER transfiriendo energía de YB a ER.

- ND: los materiales dopados con neodimio típicamente emiten alrededor de 1.06 µm. ND: YAG, por ejemplo, es reconocido por su eficiencia y se usa ampliamente en láseres industriales y médicos (Y. Chang et al., 2009).

Mecanismos de transferencia de energía:

-ER e YB Co-doping: el co-dopado de ER e YB en un medio host es beneficioso para mejorar la emisión en el rango de 1.5-1.6 µm. YB actúa como un sensibilizador eficiente para ER al absorber la luz de la bomba y transferir energía a iones ER, lo que lleva a una emisión amplificada en la banda de telecomunicaciones. Esta transferencia de energía es crucial para la operación de amplificadores de fibra dopados con ER (EDFA) (DK VySokikh et al., 2023).

- ND: ND típicamente no requiere un sensibilizador como YB en sistemas dopados con ER. La eficiencia de ND se deriva de su absorción directa de la luz de la bomba y la emisión posterior, lo que lo convierte en un medio de ganancia láser directo y eficiente.

Aplicaciones:

- er:Se utiliza principalmente en telecomunicaciones debido a su emisión a 1.55 µm, lo que coincide con la ventana de pérdida mínima de las fibras ópticas de sílice. Los medios de ganancia dopados con ER son críticos para amplificadores ópticos y láseres en sistemas de comunicación de fibra óptica de larga distancia.

- YB:A menudo se usa en aplicaciones de alta potencia debido a su estructura electrónica relativamente simple que permite un bombeo de diodos eficiente y una alta potencia de salida. Los materiales dopados con YB también se utilizan para mejorar el rendimiento de los sistemas dopados con ER.

- nd: Bien adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde corte industrial y soldadura hasta láseres médicos. ND: los láseres de YAG están particularmente valorados por su eficiencia, energía y versatilidad.

¿Por qué elegimos ND: YAG como medio de ganancia en el láser DPSS?

Un láser DPSS es un tipo de láser que utiliza un medio de ganancia de estado sólido (como ND: YAG) bombeado por un diodo láser semiconductor. Esta tecnología permite láseres compactos y eficientes capaces de producir vigas de alta calidad en el espectro visible a infrarrojo. Para un artículo detallado, puede considerar buscar bases de datos científicas o editores de buena reputación para revisiones exhaustivas sobre la tecnología láser DPSS.

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ND: YAG a menudo se usa como medio de ganancia en los módulos láser de bombas de semiconductores por varias razones, como lo destacan varios estudios:

1. Alta eficiencia y potencia de salida: Un diseño y simulaciones de un módulo láser ND: YAG de diodos nd: YAG demostró una eficiencia significativa, con un láser ND: YAG de diodo que proporciona una potencia promedio máxima de 220 W mientras mantiene energía constante por pulso en un amplio rango de frecuencia. Esto indica la alta eficiencia y el potencial de alta potencia de salida de láseres ND: YAG cuando se bombean por diodos (Lera et al., 2016).
2. Flexibilidad y confiabilidad operacionales: ND: se ha demostrado que las cerámicas YAG funcionan de manera eficiente a varias longitudes de onda, incluidas las longitudes de onda seguras para los ojos, con alta eficiencia óptica a óptica. Esto demuestra la versatilidad y confiabilidad de ND: YAG como un medio de ganancia en diferentes aplicaciones láser (Zhang et al., 2013).
3. LONGEBEVIDAD Y CALIDAD DE VIDE: Investigación sobre un láser ND: YAG de diodos altamente eficiente, con bombas de diodos, enfatizó su longevidad y rendimiento consistente, lo que indica la idoneidad de ND: YAG para aplicaciones que requieren fuentes láser duraderas y confiables. El estudio informó una operación extendida con más de 4.8 x 10^9 disparos sin daño óptico, manteniendo una excelente calidad del haz (Coyle et al., 2004).
4. Operación de onda continua altamente eficiente:Los estudios han demostrado la operación de onda continua altamente eficiente (CW) de los láseres ND: YAG, destacando su efectividad como medio de ganancia en los sistemas láser con bombas de diodos. Esto incluye lograr altas eficiencias de conversión óptica y eficiencias de pendiente, lo que atestigua aún más la idoneidad de ND: YAG para aplicaciones láser de alta eficiencia (Zhu et al., 2013).

La combinación de alta eficiencia, potencia de salida, flexibilidad operativa, confiabilidad, longevidad y excelente calidad del haz hace que ND: YAG sea un medio de ganancia preferido en módulos láser bombados de semiconductores para una amplia gama de aplicaciones.

Referencia

Chang, Y., Su, K., Chang, H. y Chen, Y. (2009). El láser con ojo con el ojo Q-switched eficiente compacto a 1525 nm con un cristal ND: YVO4 unido a difusión de doble extremo como medio auto-raman. Optics Express, 17 (6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z. y Huang, Y. (2016). Crecimiento y propiedades espectroscópicas de ER: YB: KGD (PO3) _4 Cristal como un prometedor medio de ganancia láser de 155 µm. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, Av y Butov, O. (2023). Modelo basado en experimentos de medio de ganancia ER/YB para amplificadores de fibra y láseres. Revista de la Sociedad Optica de América B.

Lera, R., Valle-Brozas, F., Torres-Peiró, S., Ruiz-de-La-Cruz, A., Galán, M., Bellido, P., Seimetz, M., Benlloch, J. y Reno, L. (2016). Simulaciones del perfil de ganancia y el rendimiento de un diodo Láser QCW ND: YAG. Aplicada óptica, 55 (33), 9573-9576.

Zhang, H., Chen, X., Wang, Q., Zhang, X., Chang, J., Gao, L., Shen, H., Cong, Z., Liu, Z., Tao, X. y Li, P. (2013). Alta eficiencia ND: láser Ceramic ojo de cerámica YAG que funciona a 1442.8 nm. Letras ópticas, 38 (16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P. y Poulios, D. (2004). Láser Eficiente, confiable, de larga duración, con bombas de diodos: YAG para la altimetría topográfica de la vegetación basada en el espacio. Aplicada óptica, 43 (27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D. y Duan, Y. (2013). Láseres de cerámica de onda continua altamente eficiente: YAG a 946 nm. Cartas de física láser, 10.

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