NOUVELLES - Pourquoi nous utilisons ND: Yag Crystal comme médium de gain dans le laser DPSS?

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Qu'est-ce qu'un moyen de gain laser?

Un milieu de gain laser est un matériau qui amplifie la lumière par émission stimulée. Lorsque les atomes ou les molécules du milieu sont excités à des niveaux d'énergie plus élevés, ils peuvent émettre des photons d'une longueur d'onde particulière lors du retour à un état d'énergie plus faible. Ce processus amplifie la lumière passant par le milieu, ce qui est fondamental pour le fonctionnement du laser.

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Quel est le moyen de gain habituel?

Le milieu de gain peut varier, y comprisgaz, liquides (colorants), solides(cristaux ou verres dopés avec des ions métalliques rare ou de transition) et semi-conducteurs.Lasers à semi-conducteurs, par exemple, utilisent souvent des cristaux comme ND: YAG (grenat d'aluminium yttrium dopé au néodyme) ou des lunettes dopées avec des éléments de la terre rare. Les lasers de colorants utilisent des colorants organiques dissous dans les solvants et les lasers à gaz utilisent des gaz ou des mélanges de gaz.

Tiges laser (de gauche à droite): Ruby, Alexandrite, euh: YAG, ND: YAG

Les différences entre ND (néodyme), ER (erbium) et yb (ytterbium) comme moyens de gain

concernant principalement leurs longueurs d'onde d'émission, leurs mécanismes de transfert d'énergie et leurs applications, en particulier dans le contexte des matériaux laser dopés.

Longueurs d'onde d'émission:

- ER: L'erbium émet généralement à 1,55 µm, ce qui est dans la région de l'œil et très utile pour les applications de télécommunications en raison de sa faible perte de fibres optiques (Gong et al., 2016).

- YB: Ytterbium émet souvent d'environ 1,0 à 1,1 µm, ce qui le rend adapté à une large gamme d'applications, y compris des lasers et des amplificateurs de haute puissance. YB est souvent utilisé comme sensibilisateur pour ER afin d'améliorer l'efficacité des dispositifs dopés ER en transférant l'énergie de YB à ER.

- ND: Les matériaux dopés au néodyme émettent généralement environ 1,06 µm. ND: YAG, par exemple, est réputé pour son efficacité et est largement utilisé dans les lasers industriels et médicaux (Y. Chang et al., 2009).

Mécanismes de transfert d'énergie:

- Co-doping ER et YB: la co-dopage de ER et YB dans un milieu hôte est bénéfique pour améliorer l'émission dans la plage de 1,5-1,6 µm. YB agit comme un sensibilisant efficace pour ER en absorbant la lumière de la pompe et en transférant l'énergie aux ions ER, conduisant à une émission amplifiée dans la bande de télécommunications. Ce transfert d'énergie est crucial pour le fonctionnement des amplificateurs de fibres dopés ER (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- ND: ND ne nécessite généralement pas de sensibilisateur comme YB dans les systèmes dopés ER. L'efficacité de ND est dérivée de son absorption directe de la lumière de la pompe et des émissions ultérieures, ce qui en fait un milieu de gain laser simple et efficace.

Applications:

- euh:Principalement utilisés dans les télécommunications en raison de son émission à 1,55 µm, ce qui coïncide avec la fenêtre de perte minimale des fibres optiques de silice. Les médiums à gain dopé ER sont essentiels pour les amplificateurs optiques et les lasers dans les systèmes de communication à fibre optique longue distance.

- YB:Souvent utilisé dans des applications de haute puissance en raison de sa structure électronique relativement simple qui permet un pompage de diodes efficace et une puissance élevée. Les matériaux dopés YB sont également utilisés pour améliorer les performances des systèmes dopés ER.

- nd: Bien adapté à un large éventail d'applications, de la coupe industrielle et du soudage aux lasers médicaux. ND: Les lasers YAG sont particulièrement appréciés pour leur efficacité, leur puissance et leur polyvalence.

Pourquoi avons-nous choisi ND: YAG comme moyen de gain dans le laser DPSS

Un laser DPSS est un type de laser qui utilise un moyen de gain à l'état solide (comme ND: YAG) pompé par une diode laser semi-conducteur. Cette technologie permet des lasers compacts et efficaces capables de produire des faisceaux de haute qualité dans le spectre visible à infrarouge. Pour un article détaillé, vous pourriez envisager de rechercher des bases de données scientifiques ou des éditeurs réputés pour des revues complètes sur la technologie laser DPSS.

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ND: YAG est souvent utilisé comme moyen de gain dans les modules laser à puce-semi-conducteurs pour plusieurs raisons, comme le soulignent diverses études:

1. Efficacité élevée et puissance de sortie: Une conception et des simulations d'un module laser ND: YAG à la diode ont démontré une efficacité significative, avec un laser ND: YAG latéral à la diode, offrant une puissance moyenne maximale de 220 W tout en maintenant une énergie constante par impulsion dans une large gamme de fréquences. Cela indique l'efficacité élevée et le potentiel de puissance élevée des lasers ND: YAG lorsqu'ils sont pompés par des diodes (Lera et al., 2016).
2. Flexibilité opérationnelle et fiabilité: ND: Il a été démontré que les céramiques YAG fonctionnent efficacement à différentes longueurs d'onde, y compris les longueurs d'onde sécurisées, avec une efficacité optique à optique élevée. Cela démontre ND: la polyvalence et la fiabilité de YAG comme moyen de gain dans différentes applications laser (Zhang et al., 2013).
3.Longevity and Beam Quality: Des recherches sur un laser très efficace et à puce, ND: YAG ont souligné sa longévité et ses performances cohérentes, indiquant la pertinence de ND: YAG pour les applications nécessitant des sources laser durables et fiables. L'étude a signalé une opération prolongée avec plus de 4,8 x 10 ^ 9 tirs sans dommages optiques, maintenant une excellente qualité de faisceau (Coyle et al., 2004).
4. fonctionnement très efficace sur les ondes continues:Des études ont démontré le fonctionnement très efficace des ondes continues (CW) des lasers ND: YAG, mettant en évidence leur efficacité en tant que milieu de gain dans les systèmes laser à pompe à la diode. Cela comprend la réalisation d'efficacité de conversion optique élevée et l'efficacité des pentes, atteignant davantage la pertinence de ND: YAG pour les applications laser à haute efficacité (Zhu et al., 2013).

La combinaison d'une grande efficacité, d'une puissance de puissance, d'une flexibilité opérationnelle, d'une fiabilité, d'une longévité et d'une excellente qualité de faisceau fait de ND: YAG un moyen de gain préféré dans les modules laser à puce-semi-conducteurs pour une large gamme d'applications.

Référence

Chang, Y., Su, K., Chang, H., et Chen, Y. (2009). Laser compact compact à commutation oculaire de Q à 1525 nm avec un cristal ND: Yvo4 à double extrémité de diffusion comme un milieu auto-RAMAN. Optics Express, 17 (6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., et Huang, Y. (2016). Croissance et propriétés spectroscopiques de l'ER: YB: KGD (PO3) _4 Crystal comme un milieu de gain laser prometteur de 155 µm. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, Av et Butov, O. (2023). Modèle basé sur l'expérience du milieu de gain ER / YB pour les amplificateurs de fibres et les lasers. Journal of the Optical Society of America B.

LERA, R., Valle-Brozas, F., Torres-Peiró, S., Ruiz-de-la-Cruz, A., Galán, M., Bellido, P., Seimetz, M., Benlloch, J., et Roso, L. (2016). Simulations du profil de gain et des performances d'une diode à latérus QCW ND: YAG Laser. Optique appliquée, 55 (33), 9573-9576.

Zhang, H., Chen, X., Wang, Q., Zhang, X., Chang, J., Gao, L., Shen, H., Cong, Z., Liu, Z., Tao, X., & Li, P. (2013). Haute efficacité ND: laser en céramique YAG en céramique opérant à 1442,8 nm. Optics Letters, 38 (16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P. et Poulios, D. (2004). Efficace, fiable, à longue durée de vie, laser ND: YAG pour l'altimétrie topographique de la végétation à base d'espace. Optique appliquée, 43 (27), 5236-5242.

Zhu, Hy, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., et Duan, Y. (2013). Lasers en céramique ND: lasers en céramique YAG très efficace à 946 nm. Laser Physics Letters, 10.

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