dfbf

Fremstilling af højpræcisionsglas til NIR-lasere - Erbium (Er)-doteret fosfatglas

Fremstilling af højpræcisionsglas til NIR-lasere - Erbium (Er)-doteret fosfatglas

Erbium (Er)-doteret fosfatglasudviser mange gavnlige egenskaber, hvilket har ført til en øget efterspørgsel i de senere år efter Er: glaslasere til applikationer somvidtrækkende som laserafstandsmåling, langdistancekommunikation, dermatologi og laserinduceret nedbrydningsspektroskopi (LIBS).Erbiumfiberforstærkere muliggør hurtig global kommunikation i det transpacific-kabel mellem Hong Kong og Los Angeles, Er: glaslaserafstandsmålere bruges i stigende grad iforsvarsansøgninger og rekognoscering, ogEr: glas æstetiske laserevinder indpas forfjernelse af ardannelseog enddabehandling af hårtabforårsaget af androgenetisk alopeci.

Disse voksende anvendelsesrum kræver højpræcisions laserglas med krævende dimensionelle tolerancer og højeffekt laserbelægninger.Snævre tolerancer giver systemintegratorer tillid til, at komponenterne nemt kan placeres i deres systemer uden tidskrævende justering, men disse specifikationer udgør en udfordring for laserglasproducenter.Proceskontrol og fokus på metrologi er påkrævet for, at laserglasproducenter kan skabe de krævende komponenter, der kræves til det voksende NIR-laseroptikrum.

HVORFOR ERBIUM-DOPERET GLAS?

I de sidste årtier er der sket betydelige fremskridt inden for fosfatbaseret laserteknologi i form af forbedret udgangseffekt, kortere pulsvarighed, reduceret systemstørrelse og nye driftsbølgelængder.Er:glaslasere udsender almindeligvis ved de øjensikre bølgelængder på 1540nm, 1550nm eller 1570nm, hvilket er yderst gavnligt i afstandsmåling og andre situationer, hvor mennesker kan blive udsat for strålerne.Disse bølgelængder drager fordel af høj transmission gennem atmosfæren.1540nm oplever også minimal absorption af melanin, hvilket gør Er: glaslasere optimale til æstetiske laserapplikationer på patienter med mørkere teint.

 

Fremstilling af højpræcisionsglas (2)

Figur 1. Energitilstande for erbium.Er:glaslasere pumpes typisk med en 800nm ​​eller 980nm laser og udsender ved 1540nm eller 1570nm.

 

Fosfatglas når høje transmissioner og kan doteres med sjældne jordarters atomer såsom erbium og ytterbium, så det kan nå populationsinversion og lasere, når det udsættes for en pumpebølgelængde på 800nm ​​eller 980nm (figur 1).Er: glas kunne også pumpes af fotoner ved 1480nm, men dette er uønsket, fordi effektiviteten kunne sænkes ved at pumpe og stimulere emission, der forekommer i samme bølgelængde og energibånd.[3]Fosfatglas drager også fordel af kemisk stabilitet og høje laserinducerede skadetærskler (LIDT'er), hvilket gør Er:glass og andre dopede fosfatglas til ideelle kandidater til NIR-laserforstærkningsmedier.

Fosfatglas har en højere opløselighed af sjældne jordarters ioner end silikatglas, som har en mere stiv matrixstruktur.[1]De har dog en smallere båndbredde end silikatglas og er let hygroskopiske, hvilket betyder, at de absorberer mere fugt fra luften.Derfor er de begrænset til anvendelser i deres båndbredde og systemer, hvor de vil være tilstrækkeligt beskyttet mod fugt af belægninger eller anden optik.

STÆRE TOLERANCER OG PROCESKONTROL

Mange af de applikationer, der er diskuteret tidligere, især laserafstandsmåling til forsvarsapplikationer, kræver ofte små Er: glaskomponenter med ekstremt snævre dimensionelle tolerancer.Disse fint polerede plader af laserglas kan derefter falde ned i samlinger med lidt eller ingen behov for justering.De kan komme ned til størrelsen af ​​et SIM-kort og har ofte ikke skråkanter, fordi de er så små (Figur 2).Dette gør kantafhugning mere sandsynlig.At opnå stram parallelitet og overfladekvalitetsspecifikationer på disse små komponenter kan være utroligt udfordrende.Den klare blænde, eller den del af den optiske overflade, der skal opfylde alle specifikationer, er ofte næsten 100 %, hvilket efterlader lidt eller ingen plads til fejl omkring kanterne af optiske overflader.

 

Fremstilling af højpræcisionsglas (1)

 

Figur 2. Er:glasplader, der bruges til laserafstandsmåling og andre NIR-laserapplikationer, er ofte på størrelse med et almindeligt SIM-kort eller mindre.

 

Så hvorfor gå igennem alle disse problemer?Tidligere løsninger involverede ofte større undersamlinger af flere krystalkomponenter fastgjort til en Nd: YAG-stang.Disse yderligere komponenter kan omfatte Brewster-plader, mættende absorbere til passiv Q-switching eller frekvenskonverteringskrystaller.Frekvenskonverteringskrystaller er vigtige i afstandsmåler eller andre udendørs applikationer, fordi emissionsbølgelængden af ​​neodym er meget mere farlig end erbium og skal flyttes til en længere bølgelængde, før den sikkert kan transmitteres over lange afstande.

Afstandsmålerapplikationer har ofte et stød- og vibrationskrav, hvilket gør det vanskeligt at forbinde flere komponenter sammen, mens alle specifikationer overholdes.At flytte fra disse gamle designs til et enkelt, poleret stykke Er: glas, der udfører de samme opgaver med forskellige belægninger, reducerer systemstørrelse og -omkostninger.YAG-krystaller bruges ofte i Brewsters vinkel, men den samme effekt kan opnås ved at bruge belægninger.Da Er:glasplader alligevel skal belægges, er det en fordel at tilføje denne type belægning for at pakke så meget funktionalitet ind som muligt og spare omkostninger andre steder.

Fordi fosfatglas er let hygroskopiske, kan det nedbrydes, hvis det ikke er coatet Er:-glas udenfor i flere dage.Overfladekvaliteten skal kontrolleres inden belægning for at forhindre fugt i at trænge ind i glasset.Belægninger afsat på de polerede overflader af den endelige glasplade hjælper med at beskytte dem mod denne nedbrydning.

Fælles specifikationer for små, højpræcisions Er: glasplader er <5 buemin vinkelret for kanterne, <10 buesek vinkelret for enderne og en overfladekvalitet bedre end 10-5 ridsegrave.Disse krævende specifikationer kræver et rent miljø, stærkt kontrollerede processer og minimeret berøringstid.

Laserglas har normalt kun to polerede overflader på enderne, mens resten af ​​overfladerne er slebet, men nogle af siderne af disse Er: glasplader er også polerede og meget tolerancerede for at forenkle justeringen.Valget af, hvilke sider der skal poleres og lakeres først, hvilke sider der skal poleres før eller efter skæring, og hvornår der skal bruges enkeltsidet eller dobbeltsidet polering, bestemmer alt sammen omkostninger og udbytte.Forskellen i udbytte mellem en uinformeret proces og en proces optimeret af en erfaren producent kan nemt være så stor som en faktor tre.

For at reducere berøringstiden og forbedre udbyttet er det optimalt at få al fremstilling og belægning udført på et enkelt sted.Hver gang den delvist færdige del afsendes mellem forskellige lokationer, øges sandsynligheden for kontaminering og skader betydeligt, sammen med yderligere køtid.

FLERE BETRÆKNINGER MED HØJT LÅG

En udfordring ved fremstilling af små Er:-glasplader til afstandsmåling og andre præcise NIR-applikationer er, at flere belægninger ofte afsættes på forskellige facetter af komponenten.Dette er vanskeligt på grund af den nødvendige fastgørelse og beskyttelse af uberørte ubestrøede overflader før belægning.Det er også en udfordring for producenterne at undgå oversprøjtning eller blæsning på bagsiden af ​​pladen, som skal beskyttes under belægningen.Enderne har antireflekterende (AR) belægninger med høje laserinducerede skadetærskler (LIDT'er).Kanterne har også høje LIDT AR-belægninger for at lukke pumpestrålen ind.Pumpeeffekten er altid højere end emissionen.Nogle firesidede plader har endda yderligere belægninger til indbyggede højreflekterende hulrumsspejle, bølgelængdediskrimination og pumpelysafvisning.

METROLOGI: HVIS DU IKKE KAN MÅLE DET, KAN DU IKKE LAVE DET

Fremstillingspræcision og processtyring er ubrugelige uden den korrekte metrologi, der er nødvendig for korrekt at måle og verificere nøglespecifikationer.Laserinterferometre, såsom en ZYGO Verifier, bruges ofte til at måle fladhed, men ved måling af små Er:glasplader begynder bagsiden at forstyrre målinger af frontfladen på grund af den krævende parallelitetsspecifikation.Operatører kan komme uden om dette ved at påføre vaseline eller et andet stof på bagsiden, men denne overflade skal så rengøres igen, og sandsynligheden for komponentskader øges.Nylige fremskridt inden for planhedsmåling eliminerer imidlertid virkninger fra bagsiden og gør det muligt at foretage fladhedsmålinger hurtigere og med mindre sandsynlighed for skade.Spåner på kanterne af pladerne kan forhindre operatører i at måle fladheden nøjagtigt, hvilket gør processtyring under fremstillingen endnu vigtigere.Vinkelrette og kile verificeres typisk ved hjælp af en dobbeltpas autokollimator.

Den voksende anvendelsesplads for Er: glaslasere vil fortsætte med at presse producenter af optiske komponenter til at skabe laserglas og belægninger med højere og højere præcision.1540nm og 1570nm øjensikre laserapplikationer hjælper med at gøre brugen mere sikker, øge tilliden gennem æstetiske laserprocedurer og forbedre langdistancekommunikation.Det bedste råd til rådighed er, at når man udvikler et NIR-lasersystem;diskuter dine specifikke applikationsbehov med din komponentleverandør for at få vejledning i at navigere i det nuancerede udvalg af korrekt laserglas og andre komponenter.

Denne artikel er skrevet af Cory Boone, Lead Technical Marketing Engineer, Edmund Optics (Barrington, NJ) og Mike Middleton, Operations Manager, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).

 

Mere produktinformation, du kan komme til at besøge vores hjemmeside:

https://www.erbiumtechnology.com/

E-mail:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

Tilføj: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.


Opdateringstid: 01-04-2022