dfbf

Korkean tarkkuuden lasin luominen NIR-lasereille - Erbium (Er) seostettu fosfaattilasi

Korkean tarkkuuden lasin luominen NIR-lasereille - Erbium (Er) seostettu fosfaattilasi

Erbium (Er) seostettu fosfaattilasisillä on monia hyödyllisiä ominaisuuksia, mikä on johtanut viime vuosina lisääntyneeseen Er: lasilaserien kysyntään sovelluksiin aslaaja-alainen, kuten laseretäisyysmittaus, pitkän matkan viestintä, dermatologia ja laserin aiheuttama hajoamisspektroskopia (LIBS).Erbiumkuituvahvistimet mahdollistavat nopean maailmanlaajuisen viestinnän Hongkongin ja Los Angelesin välisessä kaapelissa, Er: lasilaseretäisyysmittareita käytetään yhä enemmänpuolustussovellukset ja tiedustelu, jaEr: lasiesteettiset laseritsaavat vetoaarpien poistaminenja jopahoitaa hiustenlähtöäandrogeneettisen hiustenlähtöön aiheuttama.

Nämä kasvavat sovellustilat vaativat erittäin tarkkaa laserlasia vaativilla mittatoleransseilla ja suuritehoisia laserpinnoitteita.Tiukat toleranssit antavat järjestelmäintegraattoreille luottamusta siihen, että komponentit voidaan helposti sijoittaa järjestelmiinsä ilman aikaa vievää kohdistamista, mutta nämä spesifikaatiot ovat haaste laserlasien valmistajille.Laserlasivalmistajilta vaaditaan prosessin ohjausta ja keskittymistä metrologiaan, jotta ne voivat luoda kasvavaan NIR-laseroptiikkatilaan vaadittavia vaativia komponentteja.

MIKSI ERBIUMSEOSTETUT LASI?

Viime vuosikymmeninä fosfaattipohjaisessa lasertekniikassa on saavutettu merkittäviä edistysaskeleita parantuneen lähtötehon, lyhyemmän pulssin keston, pienentyneen järjestelmän koon ja uusien toimintaaallonpituuksien osalta.Er: lasilaserit säteilevät yleensä silmälle turvallisilla aallonpituuksilla 1540nm, 1550nm tai 1570nm, mikä on erittäin hyödyllistä etäisyysmittauksessa ja muissa tilanteissa, joissa ihmiset voivat altistua säteille.Nämä aallonpituudet hyötyvät korkeasta ilmakehän läpäisevyydestä.1540 nm:ssä on myös minimaalinen melaniinin absorptio, joten Er: lasilaserit ovat optimaalisia esteettisiin lasersovelluksiin potilailla, joilla on tummempi iho.

 

Korkean tarkkuuden lasin luominen (2)

Kuva 1. Erbiumin energiatilat.Er: lasilaserit pumpataan tyypillisesti 800 nm tai 980 nm laserilla, ja ne emittoivat 1 540 nm tai 1 570 nm.

 

Fosfaattilasi saavuttaa korkean läpäisykyvyn, ja se voidaan seostaa harvinaisten maametallien atomeilla, kuten erbium ja ytterbium, jotta se voi saavuttaa populaation inversion ja laasin, kun se altistuu pumpun aallonpituudelle 800 nm tai 980 nm (kuva 1).Er: lasia voitaisiin pumpata myös fotoneilla 1480 nm:ssä, mutta tämä ei ole toivottavaa, koska tehokkuutta voitaisiin alentaa pumppaamalla ja stimuloidulla emissiolla, joka tapahtuu samalla aallonpituudella ja energiakaistalla.[3]Fosfaattilasit hyötyvät myös kemiallisesta stabiilisuudesta ja korkeasta laserin aiheuttamasta vauriokynnyksestä (LIDT), joten Er:glass ja muut seostetut fosfaattilasit ovat ihanteellisia ehdokkaita NIR-laservahvistusvälineille.

Fosfaattilaseilla on korkeampi harvinaisten maametallien ionien liukoisuus kuin silikaattilaseilla, joilla on jäykempi matriisirakenne.[1]Niiden kaistanleveys on kuitenkin kapeampi kuin silikaattilaseilla ja ne ovat hieman hygroskooppisia, mikä tarkoittaa, että ne imevät enemmän kosteutta ilmasta.Siksi ne rajoittuvat sovelluksiin niiden kaistanleveydellä ja järjestelmillä, joissa ne suojataan riittävästi kosteudelta pinnoitteilla tai muulla optiikalla.

TIUKAT TOLERANSSIT JA PROSESSINHALLINTA

Monet aiemmin käsitellyt sovellukset, erityisesti laseretäisyysmittaus puolustussovelluksiin, vaativat usein pieniä Er: lasikomponentteja, joilla on erittäin tiukat mittatoleranssit.Nämä hienoksi kiillotetut laserlasilevyt voidaan sitten pudottaa kokoonpanoihin ilman, että kohdistamista tarvitaan vain vähän tai ei ollenkaan.Ne voivat pienentyä SIM-kortin kokoisiksi, eikä niissä usein ole viisteitä, koska ne ovat niin pieniä (kuva 2).Tämä tekee reunahalkeamisesta todennäköisemmän.Tiukan rinnakkaisuuden ja pinnanlaatuvaatimusten saavuttaminen näissä pienissä komponenteissa voi olla uskomattoman haastavaa.Kirkas aukko tai optisen pinnan osa, jonka on täytettävä kaikki vaatimukset, on usein lähes 100%, jättäen vain vähän tai ei ollenkaan tilaa virheille optisten pintojen reunojen ympärillä.

 

Korkean tarkkuuden lasin luominen (1)

 

Kuva 2. Laseretäisyysmittaukseen ja muihin NIR-lasersovelluksiin käytettävät lasilevyt ovat usein tavallisen SIM-kortin kokoisia tai pienempiä.

 

Joten miksi käydä läpi kaikki tämä vaiva?Aiemmat ratkaisut käsittivät usein suurempia useiden kidekomponenttien osakokoonpanoja, jotka oli kiinnitetty Nd: YAG -tankoon.Näitä lisäkomponentteja voivat olla Brewster-levyt, kyllästyvät absorboijat passiivista Q-kytkentää varten tai taajuusmuunnoskiteet.Taajuusmuunnoskiteet ovat tärkeitä etäisyysmittarissa tai muissa ulkoilmasovelluksissa, koska neodyymin emissioaallonpituus on paljon vaarallisempi kuin erbiumin ja se on siirrettävä pidemmälle aallonpituudelle ennen kuin se voidaan siirtää turvallisesti pitkiä matkoja.

Etäisyysmittarisovelluksissa on usein isku- ja tärinävaatimus, mikä vaikeuttaa useiden komponenttien yhdistämistä yhteen täyttäen samalla kaikki vaatimukset.Siirtyminen näistä vanhoista malleista yhteen kiillotettuun Er: lasiin, joka suorittaa samat tehtävät erilaisilla pinnoitteilla, mikä pienentää järjestelmän kokoa ja kustannuksia.YAG-kiteitä käytetään usein Brewsterin kulmassa, mutta sama vaikutus voidaan saavuttaa käyttämällä pinnoitteita.Koska Er:lasilaatat on joka tapauksessa pinnoitettava, on hyödyllistä lisätä tämän tyyppistä pinnoitetta, jotta saat mahdollisimman paljon toimintoja ja säästää kustannuksia muualla.

Koska fosfaattilasit ovat lievästi hygroskooppisia, pinnoittamaton Er: lasi jätetään ulos useiksi päiviksi, se voi hajota.Pinnan laatua on valvottava ennen pinnoitusta, jotta kosteus ei pääse pääsemään lasiin.Lopullisen lasilevyn kiillotetuille pinnoille kerrostetut pinnoitteet auttavat suojaamaan niitä tältä hajoamiselta.

Yhteiset vaatimukset pienille, erittäin tarkoille Er: lasilaattojen reunojen kohtisuoraisuus on <5 kaarenminuuttia, päiden kohtisuoraa < 10 kaaren sekuntia ja pinnan laatu parempi kuin 10-5 naarmuuntumista.Nämä vaativat tekniset tiedot edellyttävät puhdasta ympäristöä, erittäin valvottuja prosesseja ja minimoitua kosketusaikaa.

Laserlasin päissä on yleensä vain kaksi kiillotettua pintaa, kun taas loput pinnat on hiottu, mutta osa näiden Er:-lasilevyjen sivuista on myös kiillotettu ja erittäin toleranssia yksinkertaistaen kohdistusta.Kustannukset ja tuotto määrittävät sen, mitkä puolet kiillotetaan ja päällystetään ensin, mitkä puolet kiillotetaan ennen kuutioimista tai sen jälkeen ja milloin käytetään yksipuolista tai kaksipuolista kiillotusta.Ero epätietoisen prosessin ja kokeneen valmistajan optimoiman prosessin välillä voi helposti olla jopa kolminkertainen.

Kosketusajan lyhentämiseksi ja tuoton parantamiseksi on optimaalista, että kaikki valmistus ja pinnoitus tehdään yhdessä paikassa.Joka kerta kun osittain valmis osa kuljetetaan eri paikkojen välillä, saastumisen ja vaurioiden todennäköisyys kasvaa huomattavasti, ja jonotusaika lisääntyy.

USEITA HIGH LIDT -PINNOITTEITA

Eräs haaste pienten Er:lasilevyjen valmistuksessa etäisyydenmittaukseen ja muihin tarkkoihin NIR-sovelluksiin on se, että komponentin eri puolille levitetään usein useita pinnoitteita.Tämä on vaikeaa, koska koskemattomat pinnoittamattomat pinnat on kiinnitettävä ja suojattava ennen pinnoitusta.Valmistajien haasteena on myös välttää yliruiskutusta tai läpipuhallusta laatan takapuolelle, joka on suojattava pinnoituksen aikana.Päässä on heijastamaton (AR) pinnoite, jolla on korkeat laserin aiheuttamat vauriokynnykset (LIDT).Reunoissa on myös korkeat LIDT AR -pinnoitteet, jotka päästävät pumpun palkin sisään.Pumpun teho on aina suurempi kuin päästö.Joissakin nelisivuisissa laatoissa on jopa lisäpinnoitteita sisäänrakennetuille korkean heijastavuuden ontelopeileille, aallonpituuden erottelulle ja pumpun valon hylkäämiselle.

METROLOGIA: JOS ET VOI MITTAA SITÄ, ET VOI TEHDÄ SITÄ

Valmistuksen tarkkuus ja prosessin ohjaus ovat hyödyttömiä ilman asianmukaista metrologiaa, jota tarvitaan tärkeimpien määritysten mittaamiseen ja tarkistamiseen.Tasaisuuden mittaamiseen käytetään usein laserinterferometrejä, kuten ZYGO Verifier -laitetta, mutta pieniä Er:lasilaattoja mitattaessa takapinta alkaa häiritä etupinnan mittauksia vaativan yhdensuuntaisuusmäärityksen vuoksi.Käyttäjät voivat kiertää tämän levittämällä vaseliinia tai muuta ainetta takapinnalle, mutta tämä pinta on sitten puhdistettava uudelleen ja komponenttien vaurioitumisen todennäköisyys kasvaa.Viimeaikaiset edistysaskeleet tasomaisuuden mittauksessa poistavat kuitenkin takapinnan vaikutukset ja mahdollistavat tasaisuusmittausten suorittamisen nopeammin ja pienemmällä vaurion todennäköisyydellä.Laattojen reunoilla olevat lastut voivat estää käyttäjiä mittaamasta tasaisuutta tarkasti, mikä tekee prosessin ohjauksesta valmistuksen aikana entistä tärkeämpää.Pystysuoraisuus ja kiila tarkistetaan tyypillisesti kaksoispäästöautokollimaattorilla.

Er: lasilaserien kasvava sovellusalue kannustaa edelleen optisten komponenttien valmistajia luomaan entistä tarkempaa laserlasia ja pinnoitteita.1540nm ja 1570nm silmille turvalliset lasersovellukset tekevät käytöstä turvallisempaa, lisäävät luottamusta esteettisten lasertoimenpiteiden avulla ja parantavat pitkän matkan viestintää.Paras neuvo on, että kehitettäessä NIR-laserjärjestelmää;keskustele erityisistä sovellustarpeistasi komponenttitoimittajasi kanssa saadaksesi ohjeita oikean laserlasin ja muiden komponenttien vivahteikkaaseen valintaan.

Tämän artikkelin ovat kirjoittaneet Cory Boone, johtava tekninen markkinointiinsinööri, Edmund Optics (Barrington, NJ) ja Mike Middleton, operaatiopäällikkö, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).

 

Lisää tuotetietoja, voit tulla vierailemaan verkkosivuillamme:

https://www.erbiumtechnology.com/

Sähköposti:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Faksi: +86-2887897578

Lisää: No.23, Chaoyang-tie, Xihe-katu, Longquanyin alue, Chengdu, 610107, Kiina.


Päivitysaika: 01.04.2022