Notícias - Por que estamos usando o cristal Nd:YAG como meio de ganho no laser DPSS?

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O que é um meio de ganho de laser?

Um meio de ganho de laser é um material que amplifica a luz por emissão estimulada.Quando os átomos ou moléculas do meio são excitados para níveis de energia mais elevados, eles podem emitir fótons de um comprimento de onda específico ao retornar a um estado de energia mais baixo.Esse processo amplifica a luz que passa pelo meio, o que é fundamental para a operação do laser.

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Qual é o meio de ganho usual?

O meio de ganho pode ser variado, incluindogases, líquidos (corantes), sólidos(cristais ou vidros dopados com íons de terras raras ou metais de transição) e semicondutores.Lasers de estado sólido, por exemplo, costumam usar cristais como Nd: YAG (granada de ítrio-alumínio dopada com neodímio) ou vidros dopados com elementos de terras raras.Os lasers de corante usam corantes orgânicos dissolvidos em solventes e os lasers de gás utilizam gases ou misturas de gases.

Hastes de laser (da esquerda para a direita): Rubi, Alexandrita, Er:YAG, Nd:YAG

As diferenças entre Nd (Neodímio), Er (Érbio) e Yb (Itérbio) como meios de ganho

referem-se principalmente aos seus comprimentos de onda de emissão, mecanismos de transferência de energia e aplicações, especialmente no contexto de materiais laser dopados.

Comprimentos de onda de emissão:

- Er: O érbio normalmente emite a 1,55 µm, que está na região segura para os olhos e é altamente útil para aplicações de telecomunicações devido à sua baixa perda em fibras ópticas (Gong et al., 2016).

- Yb: O itérbio geralmente emite cerca de 1,0 a 1,1 µm, tornando-o adequado para uma ampla gama de aplicações, incluindo amplificadores e lasers de alta potência.Yb é frequentemente usado como um sensibilizador para Er para aumentar a eficiência de dispositivos dopados com Er, transferindo energia de Yb para Er.

- Nd: Materiais dopados com neodímio normalmente emitem cerca de 1,06 µm.O Nd:YAG, por exemplo, é conhecido pela sua eficiência e é amplamente utilizado em lasers industriais e médicos (Y. Chang et al., 2009).

Mecanismos de transferência de energia:

- Co-dopagem de Er e Yb: A co-dopagem de Er e Yb num meio hospedeiro é benéfica para aumentar a emissão na faixa de 1,5-1,6 µm.Yb atua como um sensibilizador eficiente para Er, absorvendo a luz da bomba e transferindo energia para íons Er, levando à emissão amplificada na banda de telecomunicações.Esta transferência de energia é crucial para a operação de amplificadores de fibra dopada com Er (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- Nd: Nd normalmente não requer um sensibilizador como Yb em sistemas dopados com Er.A eficiência do Nd é derivada de sua absorção direta da luz da bomba e subsequente emissão, tornando-o um meio de ganho de laser simples e eficiente.

Formulários:

- Er:Utilizado principalmente em telecomunicações devido à sua emissão em 1,55 µm, que coincide com a janela de perda mínima das fibras ópticas de sílica.Meios de ganho dopados com Er são críticos para amplificadores ópticos e lasers em sistemas de comunicação de fibra óptica de longa distância.

- Sim:Frequentemente usado em aplicações de alta potência devido à sua estrutura eletrônica relativamente simples que permite bombeamento eficiente de diodo e alta potência.Materiais dopados com Yb também são usados para melhorar o desempenho de sistemas dopados com Er.

-Nd: Adequado para uma ampla gama de aplicações, desde corte e soldagem industrial até lasers médicos.Os lasers Nd:YAG são particularmente valorizados por sua eficiência, potência e versatilidade.

Por que escolhemos Nd:YAG como meio de ganho no laser DPSS

Um laser DPSS é um tipo de laser que usa um meio de ganho de estado sólido (como Nd: YAG) bombeado por um diodo laser semicondutor.Esta tecnologia permite lasers compactos e eficientes, capazes de produzir feixes de alta qualidade no espectro visível a infravermelho.Para um artigo detalhado, você pode considerar pesquisar em bancos de dados científicos respeitáveis ou editores para obter análises abrangentes sobre a tecnologia laser DPSS.

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Nd:YAG é frequentemente usado como meio de ganho em módulos de laser bombeados por semicondutores por vários motivos, conforme destacado por vários estudos:

1. Alta eficiência e potência: Um projeto e simulações de um módulo de laser Nd:YAG com bombeamento lateral de diodo demonstraram eficiência significativa, com um laser Nd:YAG com bombeamento lateral de diodo fornecendo uma potência média máxima de 220 W enquanto mantém energia constante por pulso em uma ampla faixa de frequência.Isto indica a alta eficiência e potencial para alta potência dos lasers Nd:YAG quando bombeados por diodos (Lera et al., 2016).
2. Flexibilidade Operacional e Confiabilidade: Foi demonstrado que a cerâmica Nd:YAG opera eficientemente em vários comprimentos de onda, incluindo comprimentos de onda seguros para os olhos, com alta eficiência óptico-óptica.Isso demonstra a versatilidade e confiabilidade do Nd:YAG como meio de ganho em diferentes aplicações de laser (Zhang et al., 2013).
3.Longevidade e qualidade do feixe: A pesquisa sobre um laser Nd:YAG altamente eficiente e bombeado por diodo enfatizou sua longevidade e desempenho consistente, indicando a adequação do Nd:YAG para aplicações que exigem fontes de laser duráveis e confiáveis.O estudo relatou operação prolongada com mais de 4,8 x 10^9 disparos sem danos ópticos, mantendo excelente qualidade de feixe (Coyle et al., 2004).
4. Operação de onda contínua altamente eficiente:Estudos demonstraram a operação altamente eficiente de onda contínua (CW) dos lasers Nd:YAG, destacando sua eficácia como meio de ganho em sistemas de laser bombeados por diodo.Isto inclui alcançar altas eficiências de conversão óptica e eficiências de inclinação, atestando ainda mais a adequação do Nd:YAG para aplicações de laser de alta eficiência (Zhu et al., 2013).

A combinação de alta eficiência, potência de saída, flexibilidade operacional, confiabilidade, longevidade e excelente qualidade de feixe torna o Nd:YAG um meio de ganho preferido em módulos de laser bombeados por semicondutores para uma ampla gama de aplicações.

Referência

Chang, Y., Su, K., Chang, H. e Chen, Y. (2009).Laser Q-switched seguro para os olhos, compacto e eficiente a 1525 nm com um cristal Nd: YVO4 ligado por difusão de extremidade dupla como meio auto-Raman.Óptica Expresso, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., & Huang, Y. (2016).Crescimento e propriedades espectroscópicas do cristal Er:Yb:KGd(PO3)_4 como um meio promissor de ganho de laser de 155 µm.Expresso Materiais Ópticos, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV e Butov, O. (2023).Modelo baseado em experimento de meio de ganho Er/Yb para amplificadores de fibra e lasers.Jornal da Sociedade Óptica da América 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).Simulações do perfil de ganho e desempenho de um laser QCW Nd:YAG com bombeamento lateral de 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., & Li, P. (2013).Laser cerâmico Nd:YAG de alta eficiência e seguro para os olhos operando a 1442,8 nm.Cartas Ópticas, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P. e Poulios, D. (2004).Laser Nd:YAG bombeado por diodo, eficiente, confiável e de longa vida útil para altimetria topográfica de vegetação baseada no espaço.Óptica Aplicada, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., & Duan, Y. (2013).Lasers cerâmicos Nd:YAG de onda contínua altamente eficientes em 946 nm.Cartas de Física do Laser, 10.

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