Noticias - ¿Por qué utilizamos 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 mediante emisión estimulada.Cuando los átomos o moléculas del medio se excitan a niveles de energía más altos, pueden emitir fotones de una longitud de onda particular cuando regresan a un estado de energía más bajo.Este proceso amplifica la luz que pasa a través del medio, lo cual es fundamental para el funcionamiento del láser.

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¿Cuál es el medio de ganancia habitual?

El medio de ganancia puede ser variado, incluyendogases, líquidos (tintes), sólidos(cristales o vidrios dopados con iones de tierras raras o metales de transición) y semiconductores.Láseres de estado sólido, por ejemplo, suelen utilizar cristales como Nd:YAG (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio) o vidrios dopados con elementos de tierras raras.Los láseres de tinte utilizan tintes orgánicos disueltos en disolventes y los láseres de gas utilizan gases o mezclas de gases.

Barras láser (de izquierda a derecha): Rubí, Alejandrita, Er:YAG, Nd:YAG

Las diferencias entre Nd (Neodimio), Er (Erbio) e Yb (Yterbio) como medios de ganancia

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

- Yb: El iterbio suele emitir entre 1,0 y 1,1 µm, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones, incluidos amplificadores y láseres de alta potencia.Yb se utiliza a menudo como sensibilizador de Er para mejorar la eficiencia de los dispositivos dopados con Er transfiriendo energía de Yb a Er.

- Nd: Los materiales dopados con neodimio suelen emitir alrededor de 1,06 µm.Nd:YAG, por ejemplo, es conocido por su eficiencia y se utiliza ampliamente en láseres tanto industriales como médicos (Y. Chang et al., 2009).

Mecanismos de transferencia de energía:

- Codopaje de Er e Yb: El codopaje de Er e Yb en un medio huésped 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 genera una emisión amplificada en la banda de telecomunicaciones.Esta transferencia de energía es crucial para el funcionamiento de los amplificadores de fibra dopada con Er (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- Nd: El Nd normalmente no requiere un sensibilizador como el Yb en los sistemas dopados con Er.La eficiencia del Nd se deriva de su absorción directa de la luz de la bomba y su posterior emisión, lo que lo convierte en un medio de ganancia láser sencillo y eficiente.

Aplicaciones:

- Eh:Se utiliza principalmente en telecomunicaciones por su emisión a 1,55 µm, que coincide con la ventana de pérdidas mínimas de las fibras ópticas de sílice.Los medios de ganancia dopados con Er son fundamentales para los amplificadores ópticos y los láseres en sistemas de comunicación de fibra óptica de larga distancia.

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

-nd: Muy adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde corte y soldadura industriales hasta láseres médicos.Los láseres Nd:YAG son especialmente valorados por su eficiencia, potencia 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 obtener láseres compactos y eficientes capaces de producir haces de alta calidad en el espectro visible al infrarrojo.Para obtener un artículo detallado, podría considerar buscar en bases de datos científicas acreditadas o en editores reseñas completas sobre la tecnología láser DPSS.

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Nd:YAG se utiliza a menudo como medio de ganancia en módulos láser bombeados por 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 diodo bombeado lateralmente demostraron una eficiencia significativa, con un láser Nd:YAG de diodo bombeado lateralmente que proporciona una potencia promedio máxima de 220 W mientras mantiene una energía constante por pulso en un amplio rango de frecuencia.Esto indica la alta eficiencia y el potencial de alta potencia de salida de los láseres Nd:YAG cuando se bombean mediante diodos (Lera et al., 2016).
2.Flexibilidad y confiabilidad operativa: Se ha demostrado que las cerámicas Nd:YAG funcionan eficientemente en varias longitudes de onda, incluidas longitudes de onda seguras para los ojos, con una alta eficiencia óptica a óptica.Esto demuestra la versatilidad y confiabilidad del Nd:YAG como medio de ganancia en diferentes aplicaciones láser (Zhang et al., 2013).
3.Longevidad y calidad del haz: La investigación sobre un láser Nd:YAG altamente eficiente, bombeado por diodos, destacó su longevidad y rendimiento constante, lo que indica la idoneidad del Nd:YAG para aplicaciones que requieren fuentes láser duraderas y confiables.El estudio informó una operación prolongada 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 el funcionamiento altamente eficiente de onda continua (CW) de los láseres Nd:YAG, destacando su eficacia como medio de ganancia en sistemas láser bombeados por diodos.Esto incluye lograr altas eficiencias de conversión óptica y eficiencias de pendiente, lo que demuestra aún más la idoneidad del 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 del Nd:YAG un medio de ganancia preferido en módulos láser bombeados por semiconductores para una amplia gama de aplicaciones.

Referencia

Chang, Y., Su, K., Chang, H. y Chen, Y. (2009).Láser compacto, eficiente y seguro para la vista con conmutación Q a 1525 nm con un cristal Nd:YVO4 unido por difusión de doble extremo como medio auto-Raman.Óptica 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 del cristal de Er:Yb:KGd(PO3)_4 como un prometedor medio de ganancia láser de 155 µm.Materiales ópticos Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV y Butov, O. (2023).Modelo experimental de medio de ganancia Er/Yb para amplificadores de fibra y láseres.Revista de la Sociedad Óptica 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 Roso, L. (2016).Simulaciones del perfil de ganancia y rendimiento de un láser QCW Nd:YAG de bombeo lateral por diodo.Óptica Aplicada, 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).Láser cerámico seguro para los ojos Nd:YAG de alta eficiencia que funciona a 1442,8 nm.Cartas de Óptica, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P. y Poulios, D. (2004).Láser Nd:YAG bombeado por diodos, eficiente, confiable y de larga duración para altimetría topográfica de vegetación espacial.Óptica Aplicada, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D. y Duan, Y. (2013).Láseres cerámicos Nd:YAG de onda continua de alta eficiencia a 946 nm.Letras de Física Láser, 10.

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