Sticlă fosfat dopată cu Erbiu (Er).prezintă multe proprietăți benefice, ceea ce a dus la o cerere crescută în ultimii ani pentru lasere de sticlă Er: pentru aplicații cacu o gamă largă de telemetrie cu laser, comunicații la distanță lungă, dermatologie și spectroscopie de defalcare indusă de laser (LIBS).Amplificatoarele cu fibră de erbiu permit o comunicare globală rapidă în cablul transpacific dintre Hong Kong și Los Angeles, Er: telemetrule cu laser din sticlă sunt din ce în ce mai folosite înaplicatii de aparare si recunoastere, șiEr: lasere estetice din sticlăcapătă teren pentruîndepărtarea cicatricilorși chiartratarea caderii paruluicauzate de alopecia androgenetică.
Aceste spații de aplicare în creștere necesită sticlă laser de înaltă precizie, cu toleranțe dimensionale exigente și acoperiri cu laser de mare putere.Toleranțe strânse oferă integratorilor de sisteme încredere că componentele pot fi amplasate cu ușurință în sistemele lor, fără alinierea care necesită timp, dar aceste specificații reprezintă o provocare pentru producătorii de sticlă laser.Controlul procesului și concentrarea asupra metrologiei sunt necesare pentru producătorii de sticlă laser pentru a crea componentele solicitante necesare pentru spațiul în creștere al opticii laser NIR.
DE CE STICLA DOPATĂ CU ERBIUM?
În ultimele câteva decenii, s-au făcut progrese semnificative în tehnologia laser pe bază de fosfat în ceea ce privește puterea de ieșire îmbunătățită, durata mai scurtă a impulsului, dimensiunea redusă a sistemului și noile lungimi de undă de operare.Laserele Er:glass emit în mod obișnuit la lungimi de undă sigure pentru ochi de 1540nm, 1550nm sau 1570nm, ceea ce este extrem de benefic în măsurarea distanței și în alte situații în care oamenii pot fi expuși la fascicule.Aceste lungimi de undă beneficiază de transmisie ridicată prin atmosferă.1540nm experimentează, de asemenea, o absorbție minimă de către melanină, ceea ce face ca laserele Er: sticlă să fie optime pentru aplicațiile laser estetice la pacienții cu tenul mai închis.
Figura 1. Stările energetice ale erbiului.Laserele Er:glass sunt de obicei pompate cu un laser de 800nm sau 980nm și emit la 1540nm sau 1570nm.
Sticla fosfatată atinge transmisii mari și poate fi dopată cu atomi de pământuri rare, cum ar fi erbiu și iterbiu, astfel încât să poată atinge inversarea populației și lase atunci când este expusă la o lungime de undă a pompei de 800 nm sau 980 nm (Figura 1).Er: sticla ar putea fi pompată și de fotoni la 1480 nm, dar acest lucru nu este de dorit, deoarece eficiența ar putea fi scăzută prin pompare și emisie stimulată care are loc în aceeași lungime de undă și bandă de energie.[3]Ochelarii cu fosfat beneficiază, de asemenea, de stabilitate chimică și praguri de deteriorare induse de laser (LIDT-uri) ridicate, făcând Er:glass și alte ochelari cu fosfat dopați candidații ideali pentru mediile de câștig laser NIR.
Sticlele de fosfat au o solubilitate mai mare a ionilor de pământuri rare decât sticlele de silicat, care prezintă o structură de matrice mai rigidă.[1]Cu toate acestea, au o lățime de bandă mai îngustă decât paharele de silicat și sunt ușor higroscopice, ceea ce înseamnă că absorb mai multă umiditate din aer.Prin urmare, ele sunt limitate la aplicații în lățimea de bandă și sistemele în care vor fi suficient protejate de umiditate prin acoperiri sau alte elemente optice.
TOLERANȚE STRÂNTE ȘI CONTROLUL PROCESULUI
Multe dintre aplicațiile discutate mai devreme, în special telemetria laser pentru aplicații de apărare, necesită adesea componente mici Er: sticlă cu toleranțe dimensionale extrem de strânse.Aceste plăci de sticlă cu laser fin lustruite pot fi apoi aruncate în ansambluri fără a fi necesară o aliniere mică sau deloc.Ele pot ajunge la dimensiunea unui card SIM și adesea nu prezintă teșituri, deoarece sunt atât de mici (Figura 2).Acest lucru face ca ciobirea marginilor să fie mai probabilă.Atingerea paralelismului strâns și a specificațiilor de calitate a suprafeței pe aceste componente mici poate fi incredibil de dificilă.Diafragma clară, sau porțiunea suprafeței optice care trebuie să îndeplinească toate specificațiile, este adesea de aproape 100%, lăsând puțin sau deloc spațiu pentru erori în jurul marginilor suprafețelor optice.
Figura 2. Plăcile de sticlă Er: utilizate pentru telemetria cu laser și alte aplicații cu laser NIR au adesea dimensiunea unui card SIM obișnuit sau mai mici.
Deci de ce să treci prin toate aceste probleme?Soluțiile anterioare implicau adesea subansambluri mai mari de componente de cristal multiple atașate la o bară Nd: YAG.Aceste componente suplimentare ar putea include plăci Brewster, absorbante saturabile pentru comutarea pasivă Q sau cristale de conversie a frecvenței.Cristalele de conversie a frecvenței sunt importante în telemetru sau alte aplicații în aer liber, deoarece lungimea de undă de emisie a neodimului este mult mai periculoasă decât erbium și trebuie să fie mutată la o lungime de undă mai mare înainte de a putea fi transmisă în siguranță pe distanțe lungi.
Aplicațiile telemetrului au adesea o cerință de șocuri și vibrații, ceea ce face dificilă legarea mai multor componente între ele, îndeplinind în același timp toate specificațiile.Trecerea de la aceste modele vechi la o singură bucată de Er: sticlă lustruită, îndeplinind aceleași sarcini cu diferite acoperiri, a redus dimensiunea și costul sistemului.Cristalele YAG sunt adesea folosite la unghiul lui Brewster, dar același efect poate fi obținut prin utilizarea acoperirilor.Deoarece plăcile de sticlă Er: trebuie oricum acoperite, este benefic să adăugați acest tip de acoperire pentru a include cât mai multă funcționalitate posibil și pentru a economisi costuri în altă parte.
Deoarece paharele cu fosfat sunt ușor higroscopice, dacă neacoperiți cu Er: sticla este lăsată afară câteva zile se poate degrada.Calitatea suprafeței trebuie controlată înainte de acoperire pentru a preveni trecerea umezelii în sticlă.Acoperirile depuse pe suprafețele lustruite ale plăcii finale de sticlă ajută la protejarea acestora de această degradare.
Specificații comune pentru Er mici, de înaltă precizie: plăcile de sticlă sunt <5 arcmin de perpendicularitate pentru margini, <10 arcsec de perpendicularitate pentru capete și o calitate a suprafeței mai bună decât 10-5 zgârieturi.Aceste specificații solicitante necesită un mediu curat, procese extrem de controlate și timp de atingere minim.
Sticla laser are în mod normal doar două suprafețe lustruite la capete, în timp ce restul suprafețelor sunt șlefuite, dar unele dintre părțile laterale ale acestor plăci de sticlă Er: sunt, de asemenea, lustruite și foarte tolerante pentru a simplifica alinierea.Alegerea părților pe care să lustruiți și să acoperiți mai întâi, care părți să lustruiți înainte sau după tăierea cubulețelor și când să utilizați lustruirea pe o singură față sau pe două părți, toate determină costul și randamentul.Diferența de randament dintre un proces neinformat și un proces optimizat de un producător experimentat poate fi cu ușurință la fel de mare ca un factor de trei.
Pentru a reduce timpul de atingere și pentru a îmbunătăți randamentele, este optim să aveți toată producția și acoperirea efectuate într-o singură locație.De fiecare dată când piesa parțial finisată este expediată între diferite locații, probabilitatea de contaminare și deteriorare crește foarte mult, împreună cu timpul suplimentar de așteptare.
MULTIPLE ACOPERURI CU LIMITĂ ÎNALTĂ
O provocare cu fabricarea plăcilor mici de Er:sticlă pentru telemetrie și alte aplicații NIR de precizie este aceea că mai multe acoperiri sunt adesea depuse pe diferite fațete ale componentei.Acest lucru este dificil din cauza fixării și protecției necesare a suprafețelor curate neacoperite înainte de acoperire.Este, de asemenea, o provocare pentru producători să evite supraspray sau suflare pe partea din spate a plăcii, care trebuie protejată în timpul acoperirii.Capetele au acoperiri antireflexive (AR) cu praguri de deteriorare induse de lase (LIDT-uri) ridicate.Marginile prezintă, de asemenea, acoperiri cu LIDT AR ridicate pentru a lăsa să intre fasciculul pompei.Puterea pompei este întotdeauna mai mare decât cea a emisiei.Unele plăci cu patru fețe au chiar acoperiri suplimentare pentru oglinzi încorporate cu cavități de înaltă reflectivitate, discriminare a lungimii de undă și respingere a luminii pompei.
METROLOGIE: DACĂ NU PUTEȚI MĂSORA NU PUTEȚI REALIZĂ
Precizia producției și controlul procesului sunt inutile fără metrologia adecvată necesară pentru măsurarea și verificarea corectă a specificațiilor cheie.Interferometrele laser, cum ar fi un verificator ZYGO, sunt adesea folosite pentru a măsura planeitatea, dar atunci când se măsoară plăci mici Er:sticlă, suprafața din spate începe să interfereze cu măsurătorile suprafeței frontale din cauza specificațiilor exigente de paralelism.Operatorii pot evita acest lucru prin aplicarea de vaselină sau altă substanță pe suprafața din spate, dar această suprafață trebuie apoi curățată din nou și probabilitatea de deteriorare a componentelor este crescută.Cu toate acestea, progresele recente în măsurarea planeității elimină efectele de pe suprafața din spate și permit măsurătorile planeității să fie efectuate mai rapid și cu o probabilitate mai mică de deteriorare.Așchiile de pe marginile plăcilor pot împiedica operatorii să măsoare cu precizie planeitatea, ceea ce face controlul procesului în timpul producției și mai important.Perpendicularitatea și pană sunt de obicei verificate folosind un autocolimator cu trecere dublă.
Spațiul de aplicare în creștere pentru laserele Er: Glass va continua să împingă producătorii de componente optice să creeze sticlă și acoperiri laser cu precizie din ce în ce mai mare.Aplicațiile laser de 1540 nm și 1570 nm pentru ochi sigure ajută la utilizarea mai sigură, la creșterea încrederii prin proceduri laser estetice și la îmbunătățirea comunicațiilor la distanță lungă.Cel mai bun sfat disponibil este că atunci când dezvoltați un sistem laser NIR;discutați nevoile dvs. specifice aplicației cu furnizorul de componente pentru îndrumare în navigarea prin selecția nuanțată a sticlei laser adecvate și a altor componente.
Acest articol a fost scris de Cory Boone, inginer principal de marketing tehnic, Edmund Optics (Barrington, NJ) și Mike Middleton, manager de operațiuni, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Mai multe informații despre produse, puteți veni să vizitați site-ul nostru:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Adăugați: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu,610107, China.
Ora actualizării: 01-apr-2022
