Erbium (Er) dopet fosfatglassviser mange fordelaktige egenskaper, noe som har ført til en økt etterspørsel de siste årene etter Er: glasslasere for applikasjoner somomfattende som laseravstandsmåling, langdistansekommunikasjon, dermatologi og laserindusert nedbrytningsspektroskopi (LIBS).Erbiumfiberforsterkere muliggjør rask global kommunikasjon i transpacific-kabelen mellom Hong Kong og Los Angeles, Er: laseravstandsmålere av glass brukes i økende grad iforsvarssøknader og rekognosering, ogEr: estetiske glasslaserefår gjennomslag forfjerne arrdannelseTil og medbehandling av hårtapforårsaket av androgenetisk alopecia.
Disse voksende bruksområdene krever laserglass med høy presisjon med krevende dimensjonstoleranser og laserbelegg med høy effekt.Trange toleranser gir systemintegratorer tillit til at komponentene enkelt kan plasseres i systemene sine uten tidkrevende justering, men disse spesifikasjonene utgjør en utfordring for produsenter av laserglass.Prosesskontroll og fokus på metrologi er nødvendig for produsenter av laserglass for å skape de krevende komponentene som kreves for det voksende NIR-laseroptikkområdet.
HVORFOR ERBIUM-DOPERT GLASS?
I løpet av de siste tiårene har det blitt gjort betydelige fremskritt innen fosfatbasert laserteknologi i form av forbedret utgangseffekt, kortere pulsvarighet, redusert systemstørrelse og nye driftsbølgelengder.Er:glasslasere sender vanligvis ut med øyesikre bølgelengder på 1540nm, 1550nm eller 1570nm, noe som er svært fordelaktig i avstandsmåling og andre situasjoner der folk kan bli eksponert for strålene.Disse bølgelengdene drar nytte av høy overføring gjennom atmosfæren.1540nm opplever også minimal absorpsjon av melanin, noe som gjør Er: glasslasere optimale for estetiske laserapplikasjoner på pasienter med mørkere hudfarge.
Figur 1. Energitilstander for erbium.Er:glasslasere pumpes vanligvis med en 800nm eller 980nm laser og sender ut ved 1540nm eller 1570nm.
Fosfatglass når høye transmisjoner og kan dopes med sjeldne jordartsatomer som erbium og ytterbium slik at det kan nå populasjonsinversjon og lasere når det utsettes for en pumpebølgelengde på 800nm eller 980nm (Figur 1).Er: glass kan også pumpes av fotoner ved 1480nm, men dette er uønsket fordi effektiviteten kan senkes ved å pumpe og stimulere emisjon som skjer i samme bølgelengde og energibånd.[3]Fosfatglass drar også nytte av kjemisk stabilitet og høye laserinduserte skadeterskler (LIDT), noe som gjør Er:glass og andre dopede fosfatglass til ideelle kandidater for NIR-laserforsterkningsmedier.
Fosfatglass har en høyere løselighet av sjeldne jordarter enn silikatglass, som har en mer stiv matrisestruktur.[1]Imidlertid har de en smalere båndbredde enn silikatglass og er litt hygroskopiske, noe som betyr at de absorberer mer fuktighet fra luft.Derfor er de begrenset til applikasjoner i deres båndbredde og systemer hvor de vil være tilstrekkelig beskyttet mot fuktighet av belegg eller annen optikk.
TRANKE TOLERANSER OG PROSESSKONTROLL
Mange av applikasjonene diskutert tidligere, spesielt laseravstandsmåling for forsvarsapplikasjoner, krever ofte små Er: glasskomponenter med ekstremt trange dimensjonstoleranser.Disse finpolerte platene av laserglass kan deretter slippes ned i sammenstillinger med liten eller ingen justering nødvendig.De kan komme ned til størrelsen på et SIM-kort og har ofte ikke skråkanter fordi de er så små (Figur 2).Dette gjør kantflis mer sannsynlig.Å oppnå tett parallellitet og overflatekvalitetsspesifikasjoner på disse små komponentene kan være utrolig utfordrende.Den klare blenderåpningen, eller delen av den optiske overflaten som må oppfylle alle spesifikasjoner, er ofte nesten 100 %, noe som gir lite eller ingen rom for feil rundt kantene på optiske overflater.
Figur 2. Er:glassplater som brukes til laseravstandsmåling og andre NIR-laserapplikasjoner er ofte på størrelse med et vanlig SIM-kort eller mindre.
Så hvorfor gå gjennom alle disse problemene?Tidligere løsninger involverte ofte større underenheter av flere krystallkomponenter festet til en Nd: YAG-stang.Disse tilleggskomponentene kan inkludere Brewster-plater, mettbare absorbere for passiv Q-switching eller frekvenskonverteringskrystaller.Frekvenskonverteringskrystaller er viktige i avstandsmåler eller andre friluftsapplikasjoner fordi emisjonsbølgelengden til neodym er mye mer farlig enn erbium og må flyttes til en lengre bølgelengde før den trygt kan overføres over lange avstander.
Avstandsmålerapplikasjoner har ofte et støt- og vibrasjonskrav, noe som gjør det vanskelig å binde sammen flere komponenter samtidig som alle spesifikasjoner oppfylles.Å flytte fra disse gamle designene til et enkelt, polert stykke Er: glass som utfører de samme oppgavene med forskjellige belegg reduserte systemstørrelsen og kostnadene.YAG-krystaller brukes ofte i Brewsters vinkel, men den samme effekten kan oppnås ved å bruke belegg.Siden Er:glassplater uansett må belegges, er det fordelaktig å legge inn denne typen belegg for å pakke inn så mye funksjonalitet som mulig og spare kostnader andre steder.
Fordi fosfatglassene er litt hygroskopiske, kan hvis ubelagte Er: glass stå ute i flere dager, kan det brytes ned.Overflatekvaliteten må kontrolleres før maling for å hindre at fuktighet kommer inn i glasset.Belegg avsatt på de polerte overflatene til den endelige glassplaten bidrar til å beskytte dem mot denne nedbrytningen.
Vanlige spesifikasjoner for små, høypresisjons Er: glassplater er <5 buemin vinkelrett for kantene, <10 buesek vinkelrett for endene, og en overflatekvalitet bedre enn 10-5 skrapegraver.Disse krevende spesifikasjonene krever et rent miljø, svært kontrollerte prosesser og minimal berøringstid.
Laserglass har normalt bare to polerte overflater på endene mens resten av overflatene er slipt, men noen av sidene på disse Er: glassplatene er også polerte og har høy toleranse for å forenkle justeringen.Valget av hvilke sider som skal poleres og belegges først, hvilke sider som skal poleres før eller etter terninger, og når du skal bruke enkeltside- eller dobbeltsidepolering, bestemmer kostnad og utbytte.Forskjellen i utbytte mellom en uinformert prosess og en prosess optimalisert av en erfaren produsent kan lett være så stor som en faktor på tre.
For å redusere berøringstiden og forbedre utbyttet er det optimalt å få all produksjon og belegg utført på ett sted.Hver gang den delvis ferdige delen sendes mellom forskjellige steder, øker sannsynligheten for forurensning og skader kraftig, sammen med ekstra køtid.
FLERE HØYTLOKKSBELEGG
En utfordring med å produsere små Er:glassplater for avstandsmåling og andre presisjons-NIR-applikasjoner er at flere belegg ofte avsettes på forskjellige fasetter av komponenten.Dette er vanskelig på grunn av nødvendig festing og beskyttelse av uberørte ubestrøede overflater før belegg.Det er også en utfordring for produsenter å unngå oversprøyting eller blåsing på baksiden av platen, som må beskyttes under belegg.Endene har anti-reflekterende (AR) belegg med høye laserinduserte skadeterskler (LIDT).Kantene har også høye LIDT AR-belegg for å slippe inn pumpestrålen.Pumpeeffekten er alltid høyere enn utslippet.Noen firesidige plater har til og med ekstra belegg for innebygde hulromsspeil med høy reflektivitet, bølgelengdediskriminering og pumpelysavvisning.
METROLOGI: HVIS DU IKKE KAN MÅLE DET KAN DU DET IKKE
Produksjonspresisjon og prosesskontroll er ubrukelig uten riktig metrologi som er nødvendig for å måle og verifisere nøkkelspesifikasjoner.Laserinterferometre, som en ZYGO Verifier, brukes ofte til å måle flathet, men når man måler små Er:glassplater begynner bakoverflaten å forstyrre målinger av frontflaten på grunn av den krevende parallellitetsspesifikasjonen.Operatører kan komme rundt dette ved å påføre vaselin eller et annet stoff på bakoverflaten, men denne overflaten må da rengjøres på nytt og sannsynligheten for komponentskade økes.Nylige fremskritt innen flathetsmåling eliminerer imidlertid effekter fra bakoverflaten og gjør at flathetsmålinger kan gjøres raskere og med mindre sannsynlighet for skade.Spon på kantene av platene kan hindre operatører i å nøyaktig måle planhet, noe som gjør prosesskontroll under produksjon enda viktigere.Vinkelretthet og kile verifiseres vanligvis ved hjelp av en dobbelpass autokollimator.
Den voksende applikasjonsplassen for Er: glasslasere vil fortsette å presse produsenter av optiske komponenter til å lage laserglass og belegg med høyere og høyere presisjon.1540nm og 1570nm øyesikre laserapplikasjoner bidrar til å gjøre bruken tryggere, øke tilliten gjennom estetiske laserprosedyrer og forbedre langdistansekommunikasjon.Det beste rådet som er tilgjengelig er at når du utvikler et NIR-lasersystem;diskuter dine spesifikke applikasjonsbehov med din komponentleverandør for veiledning i å navigere i det nyanserte utvalget av riktig laserglass og andre komponenter.
Denne artikkelen ble skrevet av Cory Boone, Lead Technical Marketing Engineer, Edmund Optics (Barrington, NJ) og Mike Middleton, Operations Manager, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Mer produktinformasjon, du kan besøke nettstedet vårt:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-post:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Legg til: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Oppdateringstid: 01-04-2022
