ข่าวสาร - เหตุใดเราจึงใช้คริสตัล Nd: YAG เป็นตัวกลางในการขยายในเลเซอร์ DPSS?

สมัครสมาชิกโซเชียลมีเดียของเราเพื่อรับโพสต์ทันที

Laser Gain Medium คืออะไร?

ตัวกลางเพิ่มกำลังของเลเซอร์คือวัสดุที่ขยายแสงโดยการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้น เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลของตัวกลางถูกกระตุ้นให้มีระดับพลังงานสูงขึ้น พวกมันจะสามารถปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะเมื่อกลับสู่สถานะพลังงานต่ำ กระบวนการนี้จะขยายแสงที่ผ่านตัวกลาง ซึ่งเป็นพื้นฐานของการทำงานของเลเซอร์

[บล็อกที่เกี่ยวข้อง:ส่วนประกอบหลักของเลเซอร์]

ค่า Gain ทั่วไปอยู่ที่เท่าไร?

ตัวกลางเกนสามารถปรับเปลี่ยนได้ เช่นก๊าซ, ของเหลว (สีย้อม), ของแข็ง(ผลึกหรือแก้วที่เจือด้วยไอออนของธาตุหายากหรือโลหะทรานซิชัน) และสารกึ่งตัวนำเลเซอร์โซลิดสเตตตัวอย่างเช่น มักใช้ผลึกอย่าง Nd: YAG (อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เน็ตเจือด้วยนีโอดิเมียม) หรือแก้วเจือด้วยธาตุหายาก เลเซอร์แบบย้อมใช้สีย้อมอินทรีย์ที่ละลายในตัวทำละลาย ส่วนเลเซอร์แบบแก๊สใช้ก๊าซหรือส่วนผสมของก๊าซ

แท่งเลเซอร์ (จากซ้ายไปขวา): ทับทิม, อเล็กซานไดรต์, Er:YAG, Nd:YAG

ความแตกต่างระหว่าง Nd (นีโอไดเมียม), Er (เออร์เบียม) และ Yb (อิตเทอร์เบียม) เป็นตัวกลางรับเกน

ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นการปล่อย กลไกการถ่ายโอนพลังงาน และการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของวัสดุเลเซอร์ที่เจือปน

ความยาวคลื่นการปล่อย:

- Er: โดยทั่วไปเออร์เบียมจะแผ่รังสีที่ 1.55 µm ซึ่งอยู่ในช่วงที่ปลอดภัยต่อดวงตาและมีประโยชน์อย่างมากสำหรับการใช้งานด้านโทรคมนาคมเนื่องจากมีการสูญเสียต่ำในเส้นใยแก้วนำแสง (Gong et al., 2016)

- Yb: อิตเทอร์เบียมมักปล่อยรังสีประมาณ 1.0 ถึง 1.1 ไมโครเมตร ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงเลเซอร์กำลังสูงและเครื่องขยายเสียง Yb มักใช้เป็นตัวกระตุ้นความไวต่อ Er เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เจือ Er โดยการถ่ายโอนพลังงานจาก Yb ไปยัง Er

- Nd: วัสดุที่เจือด้วยนีโอไดเมียมโดยทั่วไปจะปล่อยรังสีออกมาประมาณ 1.06 ไมโครเมตร ตัวอย่างเช่น Nd:YAG มีชื่อเสียงในด้านประสิทธิภาพและถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเลเซอร์ทั้งในอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ (Y. Chang et al., 2009)

กลไกการถ่ายโอนพลังงาน:

- การโด๊ป Er และ Yb: การโด๊ป Er และ Yb ในตัวกลางโฮสต์มีประโยชน์ในการเพิ่มการแผ่รังสีในช่วง 1.5-1.6 ไมโครเมตร Yb ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นความไวต่อ Er ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการดูดซับแสงจากปั๊มและถ่ายโอนพลังงานไปยังไอออนของ Er ทำให้เกิดการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้นในย่านโทรคมนาคม การถ่ายโอนพลังงานนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่โด๊ป Er (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023)

- Nd: โดยทั่วไปแล้ว Nd ไม่จำเป็นต้องใช้สารเพิ่มความไวแสงเช่น Yb ในระบบที่เจือด้วย Er ประสิทธิภาพของ Nd ได้มาจากการดูดซับแสงปั๊มโดยตรงและการแผ่รังสีที่ตามมา ทำให้ Nd เป็นตัวกลางเพิ่มความไวแสงเลเซอร์ที่ใช้งานง่ายและมีประสิทธิภาพ

การใช้งาน:

- เอ่อ:ส่วนใหญ่ใช้ในโทรคมนาคมเนื่องจากปล่อยรังสีที่ 1.55 ไมโครเมตร ซึ่งตรงกับช่วงการสูญเสียต่ำสุดของเส้นใยแก้วนำแสงซิลิกา ตัวกลางอัตราขยายแบบโดปด้วยรังสีเอกซ์ (Er-doped gain medium) มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลและเลเซอร์ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงระยะไกล

- ยบ:มักใช้ในอุปกรณ์กำลังสูง เนื่องจากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่ค่อนข้างเรียบง่าย ช่วยให้การสูบจ่ายไดโอดมีประสิทธิภาพและให้กำลังขับสูง วัสดุที่เจือด้วย Yb ยังถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบที่เจือด้วย Er

- นด.:เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การตัดและเชื่อมในอุตสาหกรรม ไปจนถึงเลเซอร์ทางการแพทย์ เลเซอร์ Nd:YAG ได้รับการยกย่องเป็นพิเศษในด้านประสิทธิภาพ พลังงาน และความหลากหลาย

เหตุใดเราจึงเลือก Nd:YAG เป็นตัวกลางในการเพิ่มค่าในเลเซอร์ DPSS

เลเซอร์ DPSS เป็นเลเซอร์ชนิดหนึ่งที่ใช้ตัวกลางแบบโซลิดสเตตเกน (เช่น Nd: YAG) ซึ่งถูกปั๊มโดยไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้เลเซอร์มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ สามารถผลิตลำแสงคุณภาพสูงในช่วงสเปกตรัมตั้งแต่แสงที่มองเห็นได้จนถึงอินฟราเรด หากต้องการอ่านบทความโดยละเอียด คุณอาจลองค้นหาบทวิจารณ์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับเทคโนโลยีเลเซอร์ DPSS จากฐานข้อมูลทางวิทยาศาสตร์หรือสำนักพิมพ์ที่มีชื่อเสียง

[สินค้าที่เกี่ยวข้อง :เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด]

Nd:YAG มักถูกใช้เป็นตัวกลางเพิ่มค่าในโมดูลเลเซอร์ที่ปั๊มด้วยเซมิคอนดักเตอร์ด้วยเหตุผลหลายประการ ดังที่เน้นย้ำโดยการศึกษาต่างๆ ดังนี้:

1.ประสิทธิภาพสูงและกำลังขับสูงการออกแบบและการจำลองโมดูลเลเซอร์ Nd:YAG แบบสูบข้างไดโอดแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สำคัญ โดยเลเซอร์ Nd:YAG แบบสูบข้างไดโอดให้กำลังเฉลี่ยสูงสุด 220 วัตต์ ขณะที่ยังคงรักษาพลังงานต่อพัลส์ให้คงที่ในช่วงความถี่กว้าง ซึ่งบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพและศักยภาพที่สูงของเลเซอร์ Nd:YAG เมื่อถูกสูบด้วยไดโอด (Lera et al., 2016)
2.ความยืดหยุ่นและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน:เซรามิก Nd:YAG ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความยาวคลื่นต่างๆ รวมถึงความยาวคลื่นที่ปลอดภัยต่อดวงตา ด้วยประสิทธิภาพเชิงแสงต่อแสงที่สูง สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายและความน่าเชื่อถือของ Nd:YAG ในฐานะตัวกลางเพิ่มค่าในการประยุกต์ใช้เลเซอร์ที่หลากหลาย (Zhang et al., 2013)
3. อายุการใช้งานยาวนานและคุณภาพลำแสง:งานวิจัยเลเซอร์ Nd:YAG แบบใช้ไดโอดปั๊มประสิทธิภาพสูง เน้นย้ำถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ ซึ่งบ่งชี้ว่า Nd:YAG เหมาะสมกับการใช้งานที่ต้องการแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่ทนทานและเชื่อถือได้ การศึกษารายงานการทำงานที่ยาวนานขึ้นด้วยการยิงเลเซอร์มากกว่า 4.8 x 10^9 ช็อตโดยไม่เกิดความเสียหายทางแสง และยังคงรักษาคุณภาพลำแสงที่ดีเยี่ยม (Coyle et al., 2004)
4. การทำงานคลื่นต่อเนื่องที่มีประสิทธิภาพสูง:การศึกษาได้แสดงให้เห็นถึงการทำงานแบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) ที่มีประสิทธิภาพสูงของเลเซอร์ Nd:YAG โดยเน้นย้ำถึงประสิทธิภาพของเลเซอร์ในฐานะตัวกลางขยายสัญญาณในระบบเลเซอร์แบบปั๊มไดโอด ซึ่งรวมถึงประสิทธิภาพการแปลงแสงและประสิทธิภาพความลาดชันสูง ซึ่งเป็นเครื่องยืนยันถึงความเหมาะสมของ Nd:YAG สำหรับการใช้งานเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง (Zhu et al., 2013)

การผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพสูง กำลังขับ ความยืดหยุ่นในการทำงาน ความน่าเชื่อถือ อายุการใช้งานยาวนาน และคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยมทำให้ Nd:YAG เป็นตัวกลางค่าเกนที่ต้องการในโมดูลเลเซอร์ที่ปั๊มด้วยเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

อ้างอิง

Chang, Y., Su, K., Chang, H., และ Chen, Y. (2009). เลเซอร์ Q-switched ขนาดกะทัดรัด ประสิทธิภาพสูง ปลอดภัยต่อดวงตา ที่ความยาวคลื่น 1525 นาโนเมตร พร้อมผลึก Nd:YVO4 แบบ diffusion-bond ปลายคู่ เป็นตัวกลาง Raman ในตัว. Optics Express, 17(6), 4330-4335

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., และ Huang, Y. (2016). การเจริญเติบโตและคุณสมบัติทางสเปกโทรสโกปีของผลึก Er:Yb:KGd(PO3)_4 ซึ่งเป็นตัวกลางที่ให้ค่าเกนเลเซอร์ 155 ไมโครเมตรที่มีแนวโน้มดี Optical Materials Express, 6, 3518-3526

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, และ Butov, O. (2023). แบบจำลองเชิงทดลองของตัวกลางเกน Er/Yb สำหรับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์และเลเซอร์ วารสารของสมาคมออปติคอลแห่งอเมริกา 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) การจำลองโปรไฟล์เกนและประสิทธิภาพของเลเซอร์ QCW Nd:YAG ที่ปั๊มด้านข้างแบบไดโอด เลนส์ประยุกต์, 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). เลเซอร์เซรามิก Nd:YAG ประสิทธิภาพสูง ปลอดภัยต่อดวงตา ทำงานที่ความยาวคลื่น 1442.8 นาโนเมตร Optics Letters, 38(16), 3075-3077

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P., และ Poulios, D. (2004). เลเซอร์ Nd:YAG แบบใช้ไดโอดปั๊มที่มีประสิทธิภาพ เชื่อถือได้ และมีอายุการใช้งานยาวนาน สำหรับการวัดความสูงเชิงภูมิประเทศของพืชในอวกาศ Applied Optics, 43(27), 5236-5242

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., และ Duan, Y. (2013). เลเซอร์เซรามิก Nd:YAG คลื่นต่อเนื่องประสิทธิภาพสูงที่ 946 นาโนเมตร Laser Physics Letters, 10.

คำเตือน:

เราขอประกาศ ณ ที่นี้ว่ารูปภาพบางส่วนที่แสดงบนเว็บไซต์ของเราได้รับการรวบรวมจากอินเทอร์เน็ตและวิกิพีเดีย โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อส่งเสริมการศึกษาและการแบ่งปันข้อมูล เราเคารพในสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้สร้างทุกท่าน การใช้รูปภาพเหล่านี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อแสวงหาผลกำไรเชิงพาณิชย์
หากคุณเชื่อว่าเนื้อหาใดๆ ที่ใช้ละเมิดลิขสิทธิ์ของคุณ โปรดติดต่อเรา เรายินดีอย่างยิ่งที่จะใช้มาตรการที่เหมาะสม ซึ่งรวมถึงการลบรูปภาพหรือระบุแหล่งที่มาที่ถูกต้อง เพื่อให้มั่นใจว่าเป็นไปตามกฎหมายและข้อบังคับเกี่ยวกับทรัพย์สินทางปัญญา เป้าหมายของเราคือการรักษาแพลตฟอร์มที่มีเนื้อหาครบถ้วน เป็นธรรม และเคารพสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้อื่น
กรุณาติดต่อเราได้ที่อีเมล์ต่อไปนี้:sales@lumispot.cnเรามุ่งมั่นที่จะดำเนินการทันทีเมื่อได้รับการแจ้งเตือนใดๆ และรับประกันความร่วมมือ 100% ในการแก้ไขปัญหาใดๆ ดังกล่าว

สารบัญ：