ข่าวสาร - เหตุใดเราจึงใช้คริสตัล Nd: YAG เป็นตัวกลางในการขยายสัญญาณในเลเซอร์ DPSS?

สมัครรับข่าวสารจากโซเชียลมีเดียของเรา

Laser Gain Medium คืออะไร?

ตัวกลางเพิ่มค่าแสงเลเซอร์เป็นวัสดุที่ขยายแสงด้วยการปล่อยแสงกระตุ้น เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลของตัวกลางถูกกระตุ้นให้มีระดับพลังงานสูงขึ้น พวกมันจะปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะเมื่อกลับสู่สถานะพลังงานต่ำลง กระบวนการนี้จะขยายแสงที่ผ่านตัวกลาง ซึ่งถือเป็นพื้นฐานของการทำงานของเลเซอร์

[บล็อกที่เกี่ยวข้อง:ส่วนประกอบสำคัญของเลเซอร์]

ค่า Gain Medium ทั่วไปอยู่ที่เท่าไร?

ตัวกลางในการเพิ่มค่าสามารถเปลี่ยนแปลงได้ เช่นก๊าซ, ของเหลว (สีย้อม), ของแข็ง(คริสตัลหรือแก้วที่เจือด้วยไอออนของธาตุหายากหรือโลหะทรานซิชัน) และสารกึ่งตัวนำเลเซอร์โซลิดสเตตตัวอย่างเช่น มักใช้คริสตัลเช่น Nd: YAG (นีโอดิเมียมเจือปนอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต) หรือแก้วเจือปนด้วยธาตุหายาก เลเซอร์แบบใช้สีย้อมใช้สีอินทรีย์ที่ละลายในตัวทำละลาย และเลเซอร์แบบใช้แก๊สใช้แก๊สหรือส่วนผสมของแก๊ส

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

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

ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นการปล่อย กลไกการถ่ายเทพลังงาน และการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของวัสดุเลเซอร์ที่ถูกโดป

ความยาวคลื่นการปล่อย:

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

- Yb: อิตเทอร์เบียมมักแผ่รังสีประมาณ 1.0 ถึง 1.1 ไมโครเมตร ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงเลเซอร์กำลังสูงและเครื่องขยายเสียง Yb มักใช้เป็นตัวกระตุ้น Er เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เติม Er โดยถ่ายโอนพลังงานจาก Yb ไปยัง Er

- Nd: วัสดุที่เติมสารเจือปนด้วยนีโอไดเมียมโดยทั่วไปจะแผ่รังสีออกมาประมาณ 1.06 µm ตัวอย่างเช่น Nd:YAG ได้รับการยกย่องในเรื่องประสิทธิภาพและถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเลเซอร์ทั้งในอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ (Y. Chang et al., 2009)

กลไกการถ่ายเทพลังงาน:

- การโด๊ปร่วมกันระหว่าง Er และ Yb: การโด๊ปร่วมกันระหว่าง Er และ Yb ในตัวกลางโฮสต์มีประโยชน์ในการเพิ่มการแผ่รังสีในช่วง 1.5-1.6 µm Yb ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพสำหรับ Er โดยดูดซับแสงของปั๊มและถ่ายโอนพลังงานไปยังไอออนของ Er ทำให้เกิดการแผ่รังสีที่ขยายขึ้นในย่านโทรคมนาคม การถ่ายโอนพลังงานนี้มีความสำคัญต่อการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่โด๊ปด้วย Er (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023)

- Nd: โดยทั่วไป Nd ไม่จำเป็นต้องใช้สารกระตุ้นเช่น Yb ในระบบที่เติมสาร Er ประสิทธิภาพของ Nd ได้มาจากการดูดซับแสงปั๊มโดยตรงและการแผ่รังสีที่ตามมา ทำให้ Nd กลายเป็นตัวกลางเพิ่มค่าเลเซอร์แบบตรงไปตรงมาและมีประสิทธิภาพ

การใช้งาน:

- เอ่อ:ใช้เป็นหลักในระบบโทรคมนาคมเนื่องจากปล่อยคลื่นได้เพียง 1.55 µm ซึ่งตรงกับช่วงการสูญเสียต่ำสุดของเส้นใยนำแสงซิลิกา ตัวกลางเกนที่โดปด้วย Er มีความสำคัญต่อเครื่องขยายสัญญาณออปติกและเลเซอร์ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงระยะไกล

- ยบ:มักใช้ในแอพพลิเคชั่นที่มีกำลังไฟสูงเนื่องจากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่ค่อนข้างเรียบง่ายซึ่งช่วยให้ไดโอดสามารถสูบน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีกำลังไฟออกสูง วัสดุที่เจือด้วย Yb ยังใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบที่เจือด้วย Er

- นด:เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่การตัดและเชื่อมในอุตสาหกรรมไปจนถึงเลเซอร์ทางการแพทย์ เลเซอร์ Nd:YAG ได้รับการยกย่องเป็นพิเศษในด้านประสิทธิภาพ พลังงาน และความคล่องตัว

ทำไมเราจึงเลือก Nd:YAG เป็นตัวกลางในการเพิ่มค่าในเลเซอร์ DPSS

เลเซอร์ DPSS คือเลเซอร์ประเภทหนึ่งที่ใช้ตัวกลางโซลิดสเตตเกน (เช่น Nd: YAG) ซึ่งถูกสูบโดยไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีนี้ทำให้เลเซอร์มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ สามารถสร้างลำแสงคุณภาพสูงในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ถึงอินฟราเรดได้ หากต้องการอ่านบทความโดยละเอียด คุณอาจลองค้นหาในฐานข้อมูลวิทยาศาสตร์หรือสำนักพิมพ์ที่มีชื่อเสียงเพื่อดูบทวิจารณ์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับเทคโนโลยีเลเซอร์ DPSS

[สินค้าที่เกี่ยวข้อง :เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด]

Nd:YAG มักใช้เป็นตัวกลางเพิ่มค่าในโมดูลเลเซอร์ที่ปั๊มด้วยเซมิคอนดักเตอร์ด้วยเหตุผลหลายประการ ดังที่เน้นย้ำโดยการศึกษาต่างๆ:

1. ประสิทธิภาพและกำลังขับสูง:การออกแบบและการจำลองโมดูลเลเซอร์ Nd:YAG แบบปั๊มด้านข้างด้วยไดโอดแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สำคัญ โดยเลเซอร์ Nd:YAG แบบปั๊มด้านข้างด้วยไดโอดให้กำลังเฉลี่ยสูงสุด 220 วัตต์ ในขณะที่รักษาพลังงานคงที่ต่อพัลส์ในช่วงความถี่กว้าง ซึ่งบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพสูงและศักยภาพในการส่งกำลังสูงของเลเซอร์ Nd:YAG เมื่อถูกปั๊มโดยไดโอด (Lera et al., 2016)
2.ความยืดหยุ่นและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน:เซรามิก Nd:YAG ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความยาวคลื่นต่างๆ รวมถึงความยาวคลื่นที่ปลอดภัยต่อดวงตา โดยมีประสิทธิภาพออปติกต่อออปติกสูง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความคล่องตัวและความน่าเชื่อถือของ Nd:YAG ในฐานะตัวกลางเพิ่มค่าในแอปพลิเคชันเลเซอร์ต่างๆ (Zhang et al., 2013)
3. อายุการใช้งานยาวนานและคุณภาพลำแสง:งานวิจัยเกี่ยวกับเลเซอร์ Nd:YAG แบบใช้ไดโอดปั๊มที่มีประสิทธิภาพสูงเน้นย้ำถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ ซึ่งบ่งชี้ว่า Nd:YAG เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่ทนทานและเชื่อถือได้ การศึกษาได้รายงานการทำงานที่ยาวนานด้วยการยิงแสงมากกว่า 4.8 x 10^9 ช็อตโดยไม่เกิดความเสียหายต่อแสง โดยยังคงคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยม (Coyle et al., 2004)
4. การทำงานคลื่นต่อเนื่องที่มีประสิทธิภาพสูง:การศึกษาวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงการทำงานแบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) ที่มีประสิทธิภาพสูงของเลเซอร์ Nd:YAG โดยเน้นย้ำถึงประสิทธิภาพของเลเซอร์ชนิดนี้ในฐานะตัวกลางเพิ่มค่าในระบบเลเซอร์ที่ปั๊มด้วยไดโอด ซึ่งรวมถึงประสิทธิภาพการแปลงแสงสูงและประสิทธิภาพความลาดชัน ซึ่งยืนยันเพิ่มเติมว่า Nd:YAG เหมาะสมสำหรับการใช้งานเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง (Zhu et al., 2013)

การผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพสูง กำลังไฟฟ้า ความยืดหยุ่นในการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ อายุการใช้งานยาวนาน และคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยม ทำให้ Nd:YAG เป็นตัวกลางค่าเกนที่ต้องการในโมดูลเลเซอร์ที่ปั๊มด้วยเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

อ้างอิง

Chang, Y., Su, K., Chang, H., & Chen, Y. (2009). เลเซอร์ Q-switched ปลอดภัยต่อดวงตาที่มีประสิทธิภาพขนาดกะทัดรัดที่ความยาวคลื่น 1525 นาโนเมตรพร้อมคริสตัล Nd:YVO4 แบบกระจายพันธะปลายคู่เป็นตัวกลางรามานในตัว Optics Express, 17(6), 4330-4335

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., & Huang, Y. (2016). การเจริญเติบโตและคุณสมบัติทางสเปกโทรสโคปีของผลึก Er:Yb:KGd(PO3)_4 ซึ่งเป็นตัวกลางที่ให้ค่าการขยายของเลเซอร์ 155 µm ที่มีแนวโน้มดี Optical Materials Express, 6, 3518-3526

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV และ Butov, O. (2023). โมเดลเชิงทดลองของตัวกลางเกน Er/Yb สำหรับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์และเลเซอร์ วารสารของ Optical Society of America 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 ประสิทธิภาพสูงที่ปลอดภัยต่อดวงตาที่ทำงานที่ความยาวคลื่น 1442.8 นาโนเมตร Optics Letters, 38(16), 3075-3077

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

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

ข้อสงวนสิทธิ์:

เราขอประกาศว่ารูปภาพบางส่วนที่แสดงบนเว็บไซต์ของเราได้รับการรวบรวมจากอินเทอร์เน็ตและวิกิพีเดีย โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อส่งเสริมการศึกษาและการแบ่งปันข้อมูล เราเคารพสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้สร้างทั้งหมด การใช้รูปภาพเหล่านี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อแสวงหากำไรทางการค้า
หากคุณเชื่อว่าเนื้อหาใด ๆ ที่ใช้ละเมิดลิขสิทธิ์ของคุณ โปรดติดต่อเรา เราเต็มใจอย่างยิ่งที่จะใช้มาตรการที่เหมาะสม รวมถึงการลบรูปภาพหรือระบุแหล่งที่มาที่ถูกต้อง เพื่อให้เป็นไปตามกฎหมายและข้อบังคับเกี่ยวกับทรัพย์สินทางปัญญา เป้าหมายของเราคือการรักษาแพลตฟอร์มที่มีเนื้อหามากมาย ยุติธรรม และเคารพสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้อื่น
กรุณาติดต่อเราได้ที่อีเมล์ต่อไปนี้:sales@lumispot.cnเรามุ่งมั่นที่จะดำเนินการทันทีเมื่อได้รับการแจ้งเตือนใดๆ และรับประกันความร่วมมือ 100% ในการแก้ไขปัญหาใดๆ ดังกล่าว

สารบัญ：