Ar erbija (Er) leģētu fosfāta stiklupiemīt daudzas labvēlīgas īpašības, kā rezultātā pēdējos gados ir palielinājies pieprasījums pēc Er: stikla lāzeriem izmantošanai kāplaša diapazona, piemēram, lāzera attāluma noteikšana, tālsatiksmes sakari, dermatoloģija un lāzera izraisīta sadalījuma spektroskopija (LIBS).Erbija šķiedru pastiprinātāji nodrošina ātru globālu saziņu Klusā okeāna kabelī starp Honkongu un Losandželosu, Er: stikla lāzera tālmēri arvien vairāk tiek izmantotiaizsardzības pieteikumi un izlūkošana, unEr: stikla estētiskie lāzerigūst vilci parrētu noņemšanaun patmatu izkrišanas ārstēšanaiko izraisa androģenētiska alopēcija.
Šajās augošajās lietošanas vietās ir nepieciešams augstas precizitātes lāzera stikls ar stingrām izmēru pielaidēm un jaudīgiem lāzera pārklājumiem.Stingras pielaides sniedz sistēmu integratoriem pārliecību, ka komponentus var viegli ievietot savās sistēmās bez laikietilpīgas izlīdzināšanas, taču šīs specifikācijas rada izaicinājumu lāzerstikla ražotājiem.Lāzerstikla ražotājiem ir nepieciešama procesa kontrole un uzsvars uz metroloģiju, lai izveidotu prasīgus komponentus, kas nepieciešami augošajai NIR lāzeroptikas telpai.
KĀPĒC AR ERBIJU LECĒTU STIKLS?
Pēdējo vairāku gadu desmitu laikā ir panākti nozīmīgi sasniegumi lāzertehnoloģijā, kuras pamatā ir fosfāti, uzlabojot izejas jaudu, īsāku impulsa ilgumu, samazinātu sistēmas izmēru un jaunus darbības viļņu garumus.Stikla lāzeri parasti izstaro acīm drošu viļņu garumu 1540 nm, 1550 nm vai 1570 nm, kas ir ļoti izdevīgi attāluma noteikšanā un citās situācijās, kad cilvēki var tikt pakļauti staru iedarbībai.Šie viļņu garumi gūst labumu no lielas caurlaidības caur atmosfēru.1540 nm arī piedzīvo minimālu melanīna absorbciju, padarot Er: stikla lāzerus par optimālu estētiskajam lāzera lietojumam pacientiem ar tumšāku sejas krāsu.
1. attēls. Erbija enerģētiskie stāvokļi.Er: stikla lāzeri parasti tiek sūknēti ar 800 nm vai 980 nm lāzeru, un tie izstaro pie 1540 nm vai 1570 nm.
Fosfāta stikls sasniedz augstu caurlaidību, un to var leģēt ar retzemju atomiem, piemēram, erbiju un iterbiju, lai tas varētu sasniegt populācijas inversiju un lāzeru, ja tiek pakļauts sūkņa viļņa garumam 800 nm vai 980 nm (1. attēls).Er: stiklu var sūknēt arī fotoni pie 1480 nm, taču tas nav vēlams, jo efektivitāti var pazemināt sūknēšana un stimulēta emisija, kas notiek tajā pašā viļņa garumā un enerģijas joslā.[3]Fosfāta stikli gūst labumu arī no ķīmiskās stabilitātes un augsta lāzera izraisīta bojājuma sliekšņa (LIDT), padarot Er:glass un citus leģētus fosfātu stiklus par ideāliem NIR lāzera pastiprināšanas materiāliem.
Fosfāta stikliem retzemju jonu šķīdība ir augstāka nekā silikāta stikliem, kuriem ir stingrāka matricas struktūra.[1]Tomēr tiem ir šaurāks joslas platums nekā silikāta stikliem, un tie ir nedaudz higroskopiski, kas nozīmē, ka tie absorbē vairāk mitruma no gaisa.Tāpēc tie ir paredzēti tikai lietojumiem to joslas platumā un sistēmās, kur tos pietiekami aizsargās no mitruma ar pārklājumiem vai citu optiku.
STRUKTA PIELAIDE UN PROCESU KONTROLE
Daudzām iepriekš apspriestajām lietojumprogrammām, jo īpaši lāzera attāluma noteikšanai aizsardzības lietojumos, bieži ir nepieciešami mazi Er: stikla komponenti ar ļoti stingrām izmēru pielaidēm.Šīs smalki pulētās lāzerstikla plātnes pēc tam var nomest komplektācijās bez nepieciešamības izlīdzināt vai nemaz.Tie var būt līdz SIM kartes izmēram, un bieži vien tiem nav slīpumu, jo tie ir tik mazi (2. attēls).Tas palielina malu šķeldošanas iespējamību.Šo mazo komponentu stingras paralēlisma un virsmas kvalitātes specifikāciju sasniegšana var būt neticami sarežģīta.Skaidrā diafragma jeb optiskās virsmas daļa, kurai jāatbilst visām specifikācijām, bieži vien ir gandrīz 100%, atstājot maz vai nemaz nekļūdīgi ap optisko virsmu malām.
2. attēls. Stikla plātnes, ko izmanto lāzera attāluma noteikšanai un citiem NIR lāzera lietojumiem, bieži ir parastas SIM kartes izmēra vai mazākas.
Tātad, kāpēc iet cauri visām šīm grūtībām?Iepriekšējie risinājumi bieži ietvēra lielākus vairāku kristāla komponentu mezglus, kas piestiprināti pie Nd: YAG stieņa.Šīs papildu sastāvdaļas varētu ietvert Brewster plāksnes, piesātināmus absorbētājus pasīvai Q pārslēgšanai vai frekvences pārveidošanas kristālus.Frekvences pārveidošanas kristāli ir svarīgi attāluma mērītājos vai citos brīvdabas lietojumos, jo neodīma emisijas viļņa garums ir daudz bīstamāks nekā erbijam, un tas ir jāpārvieto uz garāku viļņa garumu, pirms to var droši pārraidīt lielos attālumos.
Tālmēra lietojumprogrammām bieži ir nepieciešama trieciena un vibrācijas prasība, kas apgrūtina vairāku komponentu savienošanu kopā, vienlaikus ievērojot visas specifikācijas.Pārejot no šiem vecajiem dizainiem uz vienu, pulētu Er gabalu: stikls, kas veic tos pašus uzdevumus ar dažādiem pārklājumiem, samazina sistēmas izmēru un izmaksas.YAG kristāli bieži tiek izmantoti Brewster leņķī, taču to pašu efektu var panākt, izmantojot pārklājumus.Tā kā Er:stikla plātnes jebkurā gadījumā ir jāpārklāj, ir lietderīgi pievienot šāda veida pārklājumu, lai nodrošinātu pēc iespējas vairāk funkcionalitātes un ietaupītu izmaksas citur.
Tā kā fosfāta stikli ir nedaudz higroskopiski, tad, ja stikls ir bez pārklājuma Er: stikls tiek atstāts ārā vairākas dienas, tas var noārdīties.Virsmas kvalitāte ir jākontrolē pirms pārklāšanas, lai novērstu mitruma iekļūšanu stiklā.Pārklājumi, kas uzklāti uz galīgās stikla plātnes pulētajām virsmām, palīdz aizsargāt tās no šīs degradācijas.
Kopējās specifikācijas maziem, augstas precizitātes Er: stikla plātņu perpendikularitāte ir mazāka par 5 loka minūtēm malām, < 10 loka sekundēm perpendikulārajām pusēm, un virsmas kvalitāte ir labāka par 10–5 skrāpējumiem.Šīs prasīgās specifikācijas prasa tīru vidi, ļoti kontrolētus procesus un minimālu pieskāriena laiku.
Lāzerstikla galos parasti ir tikai divas pulētas virsmas, bet pārējās virsmas ir slīpētas, taču dažas šo Er: stikla plātņu malas ir arī pulētas un ar augstu pielaidi, lai vienkāršotu izlīdzināšanu.Izmaksas un ienesīgumu nosaka izvēle, kuras puses pulēt un pārklāt vispirms, kuras puses pulēt pirms vai pēc kubiņu sagriešanas un kad izmantot pulēšanu no vienas puses vai abām pusēm.Ienesīguma atšķirība starp neinformētu procesu un procesu, ko optimizējis pieredzējis ražotājs, var viegli sasniegt trīs reizes.
Lai samazinātu pieskārienu laiku un uzlabotu ražu, ir optimāli visu ražošanu un pārklāšanu veikt vienuviet.Katru reizi, kad daļēji pabeigtā daļa tiek nosūtīta starp dažādām vietām, ievērojami palielinās piesārņojuma un bojājumu iespējamība, kā arī papildu laiks rindā.
VAIRĀKI AUGSTA LĪDZES PĀRKLĀJUMI
Viens no izaicinājumiem, ražojot nelielas Er:stikla plātnes attāluma noteikšanai un citiem precīziem NIR lietojumiem, ir tas, ka uz dažādiem komponenta aspektiem bieži tiek uzklāti vairāki pārklājumi.Tas ir sarežģīti, jo pirms pārklāšanas ir nepieciešams nostiprināt un aizsargāt neskartas nepārklātas virsmas.Ražotājiem ir arī izaicinājums izvairīties no pārsmidzināšanas vai pārpūšanas plātnes aizmugurē, kas ir jāaizsargā pārklāšanas laikā.Galos ir pretatstarojoši (AR) pārklājumi ar augstiem lāzera izraisītu bojājumu sliekšņiem (LIDT).Malām ir arī augsti LIDT AR pārklājumi, kas ļauj iekļūt sūkņa starā.Sūkņa jauda vienmēr ir lielāka nekā emisijas jauda.Dažām četrpusējām plāksnēm ir pat papildu pārklājumi iebūvētiem spoguļiem ar augstu atstarošanos, viļņu garuma diskrimināciju un sūkņa gaismas noraidīšanu.
METROLOĢIJA: JA TO NESPĒJAT IZMĒRĪT, NEVARĒT TO IZVEIDOT
Ražošanas precizitāte un procesa kontrole ir bezjēdzīga bez atbilstošas metroloģijas, kas nepieciešama, lai pareizi izmērītu un pārbaudītu galvenās specifikācijas.Lāzera interferometrus, piemēram, ZYGO Verifier, bieži izmanto plakanuma mērīšanai, taču, mērot mazas Er:stikla plātnes, aizmugurējā virsma sāk traucēt priekšējās virsmas mērījumus, jo tiek prasīta paralēlisma specifikācija.Operatori to var apiet, uzklājot aizmugurējo virsmu ar vazelīnu vai citu vielu, taču pēc tam šī virsma ir jānotīra, un palielinās detaļu bojājumu iespējamība.Tomēr jaunākie sasniegumi plakanuma mērīšanā novērš ietekmi no aizmugures virsmas un ļauj līdzenuma mērījumus veikt ātrāk un ar mazāku bojājumu iespējamību.Šķembas uz plātņu malām var neļaut operatoriem precīzi izmērīt līdzenumu, kas padara procesa kontroli ražošanas laikā vēl svarīgāku.Perpendikularitāti un ķīli parasti pārbauda, izmantojot dubultās caurlaides autokolimatoru.
Pieaugošā Er: stikla lāzeru pielietojuma telpa turpinās mudināt optisko komponentu ražotājus radīt arvien augstākas precizitātes lāzerstiklu un pārklājumus.1540 nm un 1570 nm acīm drošas lāzera lietojumprogrammas palīdz padarīt lietošanu drošāku, vairo pārliecību, izmantojot estētiskās lāzerprocedūras, un uzlabo tālsatiksmes sakarus.Labākais pieejamais padoms ir, izstrādājot NIR lāzersistēmu;apspriediet savas īpašās lietojumprogrammu vajadzības ar savu komponentu piegādātāju, lai saņemtu norādījumus, kā orientēties niansētajā atbilstoša lāzera stikla un citu komponentu izvēlē.
Šo rakstu ir uzrakstījis Korijs Būns, vadošais tehniskais mārketinga inženieris, Edmund Optics (Barrington, Ņūdžersija) un Maiks Midltons, operāciju vadītājs, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Plašāka informācija par produktu, jūs varat apmeklēt mūsu vietni:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-pasts:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fakss: +86-2887897578
Pievienot: Nr.23, Chaoyang Road, Xihe iela, Longquanyi rajons, Chengdu, 610107, Ķīna.
Atjaunināšanas laiks: 01.04.2022
