Szkło fosforanowe domieszkowane erbem (Er).wykazuje wiele korzystnych właściwości, co doprowadziło w ostatnich latach do zwiększonego zapotrzebowania na lasery szklane Er: do zastosowań m.inszeroko zakrojone, takie jak dalmierz laserowy, komunikacja na duże odległości, dermatologia i laserowa spektroskopia przebicia (LIBS).Wzmacniacze światłowodowe erbowe umożliwiają szybką globalną komunikację w transpacyficznym kablu między Hongkongiem a Los Angeles, Er: szklane dalmierze laserowe są coraz częściej stosowane wzastosowań obronnych i rozpoznawczych, IEr: lasery estetyczne ze szkłazyskują na popularnościusuwanie blizni nawetleczeniu wypadania włosówspowodowane łysieniem androgenowym.
Te rosnące przestrzenie zastosowań wymagają precyzyjnego szkła laserowego o wymagających tolerancjach wymiarowych i powłok laserowych o dużej mocy.Wąskie tolerancje dają integratorom systemów pewność, że komponenty można łatwo umieścić w ich systemach bez czasochłonnego ustawiania, ale te specyfikacje stanowią wyzwanie dla producentów szkła laserowego.Kontrola procesu i skupienie się na metrologii są wymagane od producentów szkła laserowego do tworzenia wymagających komponentów wymaganych dla rosnącej przestrzeni optyki laserowej NIR.
DLACZEGO SZKŁO DOPOWANE ERBEM?
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat poczyniono znaczne postępy w technologii laserów na bazie fosforanów pod względem ulepszonej mocy wyjściowej, krótszego czasu trwania impulsu, zmniejszonych rozmiarów systemu i nowych długości fal roboczych.Lasery Er:glass zwykle emitują bezpieczne dla oczu długości fal 1540nm, 1550nm lub 1570nm, co jest bardzo korzystne w pomiarach odległości i innych sytuacjach, w których ludzie mogą być narażeni na promienie.Te długości fal korzystają z wysokiej transmisji przez atmosferę.1540 nm jest również minimalnie absorbowane przez melaninę, co sprawia, że lasery ze szkła Er: są optymalne do zastosowań laserów estetycznych u pacjentów o ciemniejszej karnacji.
Rycina 1. Stany energetyczne erbu.Lasery Er:glass są zwykle pompowane za pomocą lasera 800nm lub 980nm i emitują przy 1540nm lub 1570nm.
Szkło fosforanowe osiąga wysokie transmisje i może być domieszkowane atomami pierwiastków ziem rzadkich, takich jak erb i iterb, dzięki czemu może osiągnąć inwersję obsadzeń i laser po wystawieniu na działanie pompy o długości fali 800 nm lub 980 nm (rysunek 1).Er: szkło może być również pompowane przez fotony o długości fali 1480 nm, ale jest to niepożądane, ponieważ pompowanie i stymulowana emisja występująca w tej samej długości fali i paśmie energii mogą obniżyć wydajność.Szkła fosforanowe korzystają również ze stabilności chemicznej i wysokich progów uszkodzeń indukowanych laserem (LIDT), co sprawia, że szkło Er:glass i inne domieszkowane szkła fosforanowe są idealnymi kandydatami na media wzmacniające laser NIR.
Szkła fosforanowe mają wyższą rozpuszczalność jonów metali ziem rzadkich niż szkła krzemianowe, które mają bardziej sztywną strukturę matrycy.[1]Mają one jednak węższą szerokość pasma niż szkła krzemianowe i są nieco higroskopijne, co oznacza, że pochłaniają więcej wilgoci z powietrza.Dlatego są ograniczone do zastosowań w ich przepustowości i systemach, w których będą wystarczająco chronione przed wilgocią przez powłoki lub inną optykę.
WĄSKIE TOLERANCJE I KONTROLA PROCESU
Wiele omówionych wcześniej zastosowań, w szczególności dalmierze laserowe do zastosowań obronnych, często wymaga komponentów szklanych o małym Er: z wyjątkowo wąskimi tolerancjami wymiarowymi.Te drobno wypolerowane płyty laserowego szkła można następnie wrzucić do zespołów bez konieczności wyrównania.Mogą zejść do rozmiaru karty SIM i często nie mają skosów, ponieważ są tak małe (rysunek 2).Zwiększa to prawdopodobieństwo odpryskiwania krawędzi.Osiągnięcie ścisłej równoległości i specyfikacji jakości powierzchni na tych małych komponentach może być niezwykle trudne.Jasna apertura lub część powierzchni optycznej, która musi spełniać wszystkie specyfikacje, często wynosi prawie 100%, pozostawiając niewiele miejsca na błąd lub nie pozostawiając go wcale na krawędziach powierzchni optycznych.
Rysunek 2. Szklane płyty Er: używane do dalmierzy laserowych i innych zastosowań laserowych NIR są często wielkości zwykłej karty SIM lub mniejsze.
Po co więc przechodzić przez te wszystkie kłopoty?Poprzednie rozwiązania często obejmowały większe podzespoły wielu elementów kryształowych przymocowanych do pręta Nd: YAG.Te dodatkowe komponenty mogą obejmować płytki Brewstera, nasycalne absorbery do pasywnego przełączania Q lub kryształy konwersji częstotliwości.Kryształy konwersji częstotliwości są ważne w dalmierzach lub innych zastosowaniach na wolnym powietrzu, ponieważ długość fali emisji neodymu jest znacznie bardziej niebezpieczna niż erbu i musi zostać przesunięta na dłuższą długość fali, zanim będzie można ją bezpiecznie przesyłać na duże odległości.
Aplikacje dalmierzowe często wymagają wstrząsów i wibracji, co utrudnia łączenie wielu komponentów przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich specyfikacji.Przejście od tych starych projektów do pojedynczego, wypolerowanego kawałka szkła Er: wykonującego te same zadania z różnymi powłokami zmniejszyło rozmiar i koszt systemu.Kryształy YAG są często używane pod kątem Brewstera, ale ten sam efekt można osiągnąć stosując powłoki.Ponieważ płyty Er:szklane i tak muszą być powlekane, korzystne jest dodanie tego rodzaju powłoki, aby zapewnić jak największą funkcjonalność i zaoszczędzić koszty gdzie indziej.
Ponieważ szkła fosforanowe są nieco higroskopijne, niepowlekane szkło pozostawione na zewnątrz na kilka dni może ulec degradacji.Jakość powierzchni musi być kontrolowana przed powlekaniem, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci do szkła.Powłoki osadzane na wypolerowanych powierzchniach końcowej płyty szklanej pomagają chronić je przed degradacją.
Typowe specyfikacje dla małych, precyzyjnych płyt szklanych Er: mają prostopadłość krawędzi <5 min łuku, prostopadłość końców <10 sekund łuku, a jakość powierzchni jest lepsza niż 10-5 rys.Te wymagające specyfikacje wymagają czystego środowiska, wysoce kontrolowanych procesów i zminimalizowanego czasu kontaktu.
Szkło laserowe zwykle ma tylko dwie wypolerowane powierzchnie na końcach, podczas gdy pozostałe powierzchnie są szlifowane, ale niektóre boki tych szklanych płyt Er: są również polerowane i mają wysoką tolerancję, aby uprościć wyrównanie.Wybór, które strony polerować i pokrywać jako pierwsze, które strony polerować przed lub po pokrojeniu w kostkę oraz kiedy stosować polerowanie jednostronne lub dwustronne, wszystko to decyduje o kosztach i wydajności.Różnica wydajności między procesem niedoinformowanym a procesem zoptymalizowanym przez doświadczonego producenta może z łatwością sięgać nawet trzykrotności.
Aby skrócić czas kontaktu i poprawić wydajność, optymalnie jest, aby cała produkcja i powlekanie odbywały się w jednym miejscu.Za każdym razem, gdy częściowo ukończona część jest transportowana między różnymi lokalizacjami, prawdopodobieństwo zanieczyszczenia i uszkodzenia znacznie wzrasta, wraz z dodatkowym czasem oczekiwania.
WIELOKROTNE POWŁOKI HIGH LIDT
Jednym z wyzwań związanych z produkcją małych płytek szklanych Er: do dalmierzy i innych precyzyjnych zastosowań NIR jest to, że wiele powłok jest często nakładanych na różne powierzchnie elementu.Jest to trudne ze względu na wymagane mocowanie i ochronę nieskazitelnych niepowlekanych powierzchni przed powlekaniem.Wyzwaniem dla producentów jest również uniknięcie nadmiernego natryskiwania lub przedmuchiwania tylnej strony płyty, którą należy chronić podczas powlekania.Końce są pokryte powłokami antyrefleksyjnymi (AR) z wysokimi progami uszkodzeń indukowanych laserem (LIDT).Krawędzie mają również wysokie powłoki LIDT AR, które przepuszczają wiązkę pompy.Moc pompy jest zawsze wyższa niż moc emisji.Niektóre czterostronne płyty mają nawet dodatkowe powłoki dla wbudowanych luster wnękowych o wysokim współczynniku odbicia, rozróżniania długości fal i odrzucania światła pompy.
METROLOGIA: JEŚLI NIE MOŻESZ TEGO ZMIERZYĆ, NIE MOŻESZ TEGO ZROBIĆ
Precyzja produkcji i kontrola procesu są bezużyteczne bez odpowiedniej metrologii potrzebnej do prawidłowego pomiaru i weryfikacji kluczowych specyfikacji.Interferometry laserowe, takie jak ZYGO Verifier, są często używane do pomiaru płaskości, ale podczas pomiaru małych płyt szklanych Er: powierzchnia tylna zaczyna zakłócać pomiary powierzchni przedniej ze względu na wymagającą specyfikację równoległości.Operatorzy mogą to obejść, nakładając wazelinę lub inną substancję na tylną powierzchnię, ale wtedy ta powierzchnia musi zostać ponownie oczyszczona, co zwiększa prawdopodobieństwo uszkodzenia komponentów.Jednak ostatnie postępy w pomiarach płaskości eliminują wpływ tylnej powierzchni i umożliwiają szybsze wykonywanie pomiarów płaskości przy mniejszym prawdopodobieństwie uszkodzenia.Wióry na krawędziach płyt mogą uniemożliwić operatorom dokładny pomiar płaskości, co sprawia, że kontrola procesu podczas produkcji jest jeszcze ważniejsza.Prostopadłość i klin są zwykle weryfikowane za pomocą autokolimatora dwuprzebiegowego.
Rosnąca przestrzeń zastosowań laserów szklanych Er: będzie nadal zmuszać producentów komponentów optycznych do tworzenia coraz bardziej precyzyjnych laserów i powłok laserowych.Bezpieczne dla oczu aplikacje laserowe 1540 nm i 1570 nm pomagają zwiększyć bezpieczeństwo użytkowania, zwiększyć pewność siebie dzięki estetycznym procedurom laserowym i poprawić komunikację na duże odległości.Najlepszą dostępną radą jest to, że przy opracowywaniu systemu laserowego NIR;przedyskutuj swoje specyficzne potrzeby z dostawcą komponentów, aby uzyskać wskazówki dotyczące szczegółowego wyboru odpowiedniego szkła laserowego i innych komponentów.
Ten artykuł został napisany przez Cory'ego Boone'a, głównego inżyniera marketingu technicznego, Edmund Optics (Barrington, NJ) i Mike'a Middletona, kierownika operacyjnego, Edmund Optics Florida (Oldsmar, Floryda).
Więcej informacji o produkcie, możesz odwiedzić naszą stronę internetową:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Dodaj: nr 23, droga Chaoyang, ulica Xihe, dystrykt Longquanyi, Chengdu, 610107, Chiny.
Czas aktualizacji: 01-04-2022
