Kaca fosfat terdop Erbium (Er).mempamerkan banyak sifat berfaedah, yang telah membawa kepada peningkatan permintaan dalam beberapa tahun kebelakangan ini untuk Er: laser kaca untuk aplikasi sebagailuas seperti pencarian julat laser, komunikasi jarak jauh, dermatologi dan spektroskopi kerosakan akibat laser (LIBS).Penguat gentian erbium membolehkan komunikasi global yang pantas dalam kabel transpasifik antara Hong Kong dan Los Angeles, Er: pengintai laser kaca semakin digunakan dalamaplikasi pertahanan dan peninjauan, danEr: laser estetik kacasedang mendapat tarikan untukmenghilangkan parutdan jugamerawat rambut gugurdisebabkan oleh alopecia androgenetik.
Ruang aplikasi yang semakin berkembang ini memerlukan kaca laser berketepatan tinggi dengan toleransi dimensi yang menuntut dan salutan laser berkuasa tinggi.Toleransi yang ketat memberi keyakinan penyepadu sistem bahawa komponen boleh diletakkan dengan mudah ke dalam sistem mereka tanpa penjajaran yang memakan masa, tetapi spesifikasi ini memberikan cabaran kepada pengeluar kaca laser.Kawalan proses dan tumpuan pada metrologi diperlukan untuk pengeluar kaca laser untuk mencipta komponen yang menuntut yang diperlukan untuk ruang optik laser NIR yang semakin meningkat.
KENAPA KACA DOP ERBIUM?
Dalam beberapa dekad yang lalu, kemajuan ketara telah dibuat dalam teknologi laser berasaskan fosfat dari segi kuasa keluaran yang lebih baik, tempoh nadi yang lebih pendek, saiz sistem yang dikurangkan dan panjang gelombang operasi baharu.Er:laser kaca biasanya memancarkan pada panjang gelombang selamat mata 1540nm, 1550nm, atau 1570nm, yang sangat bermanfaat dalam pencarian jarak dan situasi lain di mana orang mungkin terdedah kepada rasuk.Panjang gelombang ini mendapat manfaat daripada penghantaran tinggi melalui atmosfera.1540nm juga mengalami penyerapan minimum oleh melanin, menjadikan Er: laser kaca optimum untuk aplikasi laser estetik pada pesakit dengan kulit yang lebih gelap.
Rajah 1. Keadaan tenaga bagi erbium.Er:laser kaca biasanya dipam dengan laser 800nm atau 980nm dan memancarkan pada 1540nm atau 1570nm.
Kaca fosfat mencapai penghantaran yang tinggi dan boleh didop dengan atom nadir bumi seperti erbium dan ytterbium supaya ia boleh mencapai penyongsangan populasi dan lase apabila terdedah kepada panjang gelombang pam 800nm atau 980nm (Rajah 1).Er: kaca juga boleh dipam oleh foton pada 1480nm, tetapi ini tidak diingini kerana kecekapan boleh diturunkan dengan mengepam dan pelepasan rangsangan yang berlaku dalam jalur panjang gelombang dan tenaga yang sama.[3]Cermin mata fosfat juga mendapat manfaat daripada kestabilan kimia dan ambang kerosakan akibat laser yang tinggi (LIDT), menjadikan Er:kaca dan gelas fosfat terdop lain calon ideal untuk media perolehan laser NIR.
Gelas fosfat mempunyai keterlarutan ion nadir bumi yang lebih tinggi daripada gelas silikat, yang mempunyai struktur matriks yang lebih tegar.[1]Walau bagaimanapun, ia mempunyai lebar jalur yang lebih sempit daripada cermin mata silikat dan sedikit higroskopik, bermakna ia menyerap lebih banyak lembapan daripada udara.Oleh itu, ia terhad kepada aplikasi dalam lebar jalur dan sistem mereka di mana ia akan dilindungi secukupnya daripada kelembapan oleh salutan atau optik lain.
TOLERANSI KETAT DAN KAWALAN PROSES
Kebanyakan aplikasi yang dibincangkan sebelum ini, terutamanya pencarian jarak laser untuk aplikasi pertahanan, selalunya memerlukan komponen kaca Er: kecil dengan toleransi dimensi yang sangat ketat.Papak kaca laser yang digilap halus ini kemudiannya boleh dijatuhkan ke dalam pemasangan dengan sedikit atau tiada penjajaran diperlukan.Mereka boleh turun kepada saiz kad SIM dan selalunya tidak menampilkan serong kerana ia sangat kecil (Rajah 2).Ini menjadikan kerepek tepi lebih berkemungkinan.Mencapai keselarian yang ketat dan spesifikasi kualiti permukaan pada komponen kecil ini boleh menjadi sangat mencabar.Apertur yang jelas, atau bahagian permukaan optik yang mesti memenuhi semua spesifikasi, selalunya hampir 100%, meninggalkan sedikit atau tiada ruang untuk ralat di sekeliling tepi permukaan optik.
Rajah 2. Er:papak kaca yang digunakan untuk mencari julat laser dan aplikasi laser NIR lain selalunya bersaiz kad SIM biasa atau lebih kecil.
Jadi mengapa perlu melalui semua masalah ini?Penyelesaian terdahulu selalunya melibatkan subhimpunan yang lebih besar daripada berbilang komponen kristal yang dipasang pada bar Nd: YAG.Komponen tambahan ini boleh termasuk plat Brewster, penyerap boleh tepu untuk penukaran Q pasif, atau kristal penukaran frekuensi.Kristal penukaran frekuensi adalah penting dalam pencari jarak atau aplikasi terbuka yang lain kerana panjang gelombang pelepasan neodymium jauh lebih berbahaya daripada erbium dan mesti dialihkan kepada panjang gelombang yang lebih panjang sebelum ia boleh dihantar dengan selamat pada jarak yang jauh.
Aplikasi pengintai selalunya mempunyai keperluan kejutan dan getaran, yang menjadikan ikatan berbilang komponen bersama-sama semasa memenuhi semua spesifikasi sukar.Beralih daripada reka bentuk lama ini kepada sekeping tunggal Er: kaca yang digilap melaksanakan tugas yang sama dengan pelbagai lapisan mengurangkan saiz dan kos sistem.Kristal YAG sering digunakan pada sudut Brewster, tetapi kesan yang sama boleh dicapai dengan menggunakan salutan.Memandangkan Er:papak kaca perlu disalut pula, adalah berfaedah untuk menambah salutan jenis ini untuk membungkus sebanyak mungkin fungsi dan menjimatkan kos di tempat lain.
Kerana gelas fosfat sedikit higroskopik, jika tidak bersalut Er: kaca dibiarkan di luar selama beberapa hari ia boleh merosot.Kualiti permukaan mesti dikawal sebelum salutan untuk mengelakkan lembapan daripada bergerak ke dalam kaca.Salutan yang didepositkan pada permukaan yang digilap pada papak kaca akhir membantu melindunginya daripada kemerosotan ini.
Spesifikasi biasa untuk Er kecil berketepatan tinggi: papak kaca ialah <5 arcmin serenjang untuk tepi, <10 arcsec serenjang untuk hujung, dan kualiti permukaan yang lebih baik daripada 10-5 scratch dig.Spesifikasi yang menuntut ini memerlukan persekitaran yang bersih, proses yang sangat terkawal dan masa sentuhan yang diminimumkan.
Kaca laser biasanya hanya mempunyai dua permukaan digilap pada hujung manakala permukaan lain dikisar, tetapi beberapa sisi papak kaca Er: ini juga digilap dan sangat bertolak ansur untuk memudahkan penjajaran.Pilihan sisi mana yang hendak digilap dan disalut dahulu, sisi mana yang hendak digilap sebelum atau selepas dicing, dan bila hendak menggunakan pengilat satu sisi atau dua sisi semuanya menentukan kos dan hasil.Perbezaan hasil antara proses yang tidak dimaklumkan dan proses yang dioptimumkan oleh pengilang berpengalaman dengan mudah boleh menjadi sebesar faktor tiga.
Untuk mengurangkan masa sentuhan dan meningkatkan hasil, adalah optimum untuk semua pembuatan dan salutan dilakukan di satu lokasi.Setiap kali bahagian yang separuh siap dihantar antara lokasi yang berbeza, kemungkinan pencemaran dan kerosakan akan meningkat dengan ketara, bersama-sama dengan masa giliran tambahan.
PELBAGAI LAPISAN TUDUNG TINGGI
Satu cabaran dengan pembuatan kecil Er:papak kaca untuk pencarian julat dan aplikasi NIR ketepatan yang lain ialah berbilang salutan sering didepositkan pada aspek berbeza komponen.Ini sukar kerana lekapan yang diperlukan dan perlindungan permukaan yang tidak bersalut bersih sebelum salutan.Ia juga merupakan satu cabaran bagi pengeluar untuk mengelakkan semburan berlebihan atau hembusan pada bahagian belakang papak, yang perlu dilindungi semasa menyalut.Hujungnya menampilkan salutan anti-reflektif (AR) dengan ambang kerosakan akibat lase (LIDT) yang tinggi.Tepinya juga mempunyai salutan LIDT AR yang tinggi untuk membiarkan alur pam masuk.Kuasa pam sentiasa lebih tinggi daripada pelepasan.Sesetengah papak empat sisi malah mempunyai salutan tambahan untuk cermin rongga pemantulan tinggi terbina dalam, diskriminasi panjang gelombang dan penolakan cahaya pam.
METROLOGI: KALAU TAK BOLEH MENGUKUR TAK BOLEH
Ketepatan pembuatan dan kawalan proses tidak berguna tanpa metrologi yang betul diperlukan untuk mengukur dan mengesahkan spesifikasi utama dengan betul.Interferometer laser, seperti Pengesah ZYGO, sering digunakan untuk mengukur kerataan, tetapi apabila mengukur papak Er:kaca kecil, permukaan belakang mula mengganggu pengukuran permukaan hadapan kerana spesifikasi selari yang menuntut.Operator boleh mengatasi masalah ini dengan menggunakan Vaseline atau bahan lain pada permukaan belakang, tetapi permukaan ini kemudiannya perlu dibersihkan semula dan kemungkinan kerosakan komponen meningkat.Walau bagaimanapun, kemajuan terkini dalam pengukuran kerataan menghapuskan kesan dari permukaan belakang dan membolehkan pengukuran kerataan dibuat dengan lebih cepat dan dengan kemungkinan kerosakan yang lebih kecil.Cip pada tepi papak boleh menghalang pengendali daripada mengukur kerataan dengan tepat, yang menjadikan kawalan proses semasa pembuatan lebih penting.Keserenjangan dan baji biasanya disahkan menggunakan autokolimator hantaran dua.
Ruang aplikasi yang semakin meningkat untuk Er: laser kaca akan terus mendorong pengeluar komponen optik untuk mencipta kaca dan salutan laser ketepatan yang lebih tinggi dan lebih tinggi.Aplikasi laser selamat mata 1540nm dan 1570nm membantu menjadikan penggunaan lebih selamat, meningkatkan keyakinan melalui prosedur laser estetik dan meningkatkan komunikasi jarak jauh.Nasihat terbaik yang ada ialah apabila membangunkan sistem laser NIR;bincangkan keperluan aplikasi khusus anda dengan pembekal komponen anda untuk panduan dalam menavigasi pemilihan bernuansa kaca laser yang betul dan komponen lain.
Artikel ini ditulis oleh Cory Boone, Jurutera Pemasaran Teknikal Utama, Edmund Optics (Barrington, NJ) dan Mike Middleton, Pengurus Operasi, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Maklumat lanjut produk, anda boleh datang melayari laman web kami:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mel:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Tambah: No.23, jalan Chaoyang, jalan Xihe, distrcit Longquanyi, Chengdu, 610107, China.
Masa Kemas Kini: Apr-01-2022
