Erbiom (Er) dopované fosfátové sklovykazuje mnoho prospešných vlastností, čo viedlo v posledných rokoch k zvýšenému dopytu po Er: sklenených laseroch pre aplikácie akoširokospektrálne ako laserové meranie vzdialenosti, komunikácia na veľké vzdialenosti, dermatológia a laserom indukovaná spektroskopia rozpadu (LIBS).Erbiové vláknové zosilňovače umožňujú rýchlu globálnu komunikáciu v transpacifickom kábli medzi Hong Kongom a Los Angeles, Er: sklenené laserové diaľkomery sa čoraz viac používajú vobranné aplikácie a prieskum, aEr: sklenené estetické laseryzískavajú trakciu preodstránenie jazieva dokoncaliečenie vypadávania vlasovspôsobené androgénnou alopéciou.
Tieto rastúce aplikačné priestory vyžadujú vysoko presné laserové sklo s náročnými rozmerovými toleranciami a vysokovýkonné laserové povlaky.Pevné tolerancie dávajú systémovým integrátorom istotu, že komponenty možno jednoducho umiestniť do ich systémov bez časovo náročného zarovnávania, ale tieto špecifikácie predstavujú výzvu pre výrobcov laserových skiel.Riadenie procesu a zameranie sa na metrológiu vyžadujú od výrobcov laserového skla, aby vytvorili náročné komponenty potrebné pre rastúci priestor NIR laserovej optiky.
PREČO SKLO DOPOVANÉ ERBIOM?
Za posledných niekoľko desaťročí došlo k významnému pokroku v laserovej technológii na báze fosfátov v zmysle zlepšeného výstupného výkonu, kratšieho trvania impulzu, zmenšenej veľkosti systému a nových prevádzkových vlnových dĺžok.Er:glass lasery bežne vyžarujú na vlnových dĺžkach bezpečných pre oči 1540nm, 1550nm alebo 1570nm, čo je veľmi výhodné pri určovaní vzdialenosti a iných situáciách, kde môžu byť ľudia vystavení lúčom.Tieto vlnové dĺžky využívajú vysoký prenos cez atmosféru.1540nm má tiež minimálnu absorpciu melanínu, vďaka čomu sú lasery Er: glass optimálne pre estetické laserové aplikácie u pacientov s tmavšou pleťou.
Obrázok 1. Energetické stavy erbia.Er:glass lasery sú zvyčajne čerpané 800nm alebo 980nm laserom a emitujú pri 1540nm alebo 1570nm.
Fosfátové sklo dosahuje vysokú priepustnosť a môže byť dopované atómami vzácnych zemín, ako je erbium a yterbium, takže môže dosiahnuť inverziu populácie a lase, keď je vystavené vlnovej dĺžke čerpadla 800 nm alebo 980 nm (obrázok 1).Er: sklo by mohlo byť tiež čerpané fotónmi pri 1480 nm, ale to je nežiaduce, pretože účinnosť by sa mohla znížiť pumpovaním a stimulovanou emisiou vyskytujúcou sa v rovnakej vlnovej dĺžke a energetickom pásme.[3]Fosfátové sklá tiež ťažia z chemickej stability a vysokých prahov poškodenia spôsobeného laserom (LIDTs), vďaka čomu sú Er:glass a iné dopované fosfátové sklá ideálnymi kandidátmi na médiá NIR laserového zisku.
Fosfátové sklá majú vyššiu rozpustnosť iónov vzácnych zemín ako silikátové sklá, ktoré majú tuhšiu štruktúru matrice.[1]Vyznačujú sa však užšou šírkou pásma ako silikátové sklá a sú mierne hygroskopické, čo znamená, že absorbujú viac vlhkosti zo vzduchu.Preto sú obmedzené na aplikácie v ich šírke pásma a systémoch, kde budú dostatočne chránené pred vlhkosťou nátermi alebo inou optikou.
PRÍSNE TOLERANCIE A KONTROLA PROCESU
Mnohé z aplikácií diskutovaných vyššie, najmä laserové meranie vzdialenosti pre obranné aplikácie, často vyžadujú malé Er: sklenené komponenty s extrémne tesnými rozmerovými toleranciami.Tieto jemne leštené dosky laserového skla sa potom môžu pustiť do zostáv s malým alebo žiadnym potrebným zarovnaním.Môžu dosiahnuť veľkosť SIM karty a často nemajú skosenie, pretože sú také malé (obrázok 2).To zvyšuje pravdepodobnosť odštiepenia hrán.Dosiahnutie presnej paralelnosti a špecifikácií kvality povrchu na týchto malých komponentoch môže byť neuveriteľne náročné.Čistá clona alebo časť optického povrchu, ktorá musí spĺňať všetky špecifikácie, je často takmer 100%, takže okolo okrajov optických povrchov nenecháva žiadny alebo malý priestor na chyby.
Obrázok 2. Er: sklenené dosky používané na laserové určovanie vzdialenosti a iné laserové aplikácie NIR majú často veľkosť bežnej SIM karty alebo menšiu.
Tak prečo prechádzať všetkými týmito problémami?Predchádzajúce riešenia často zahŕňali väčšie podzostavy viacerých kryštálových komponentov pripojených k tyči Nd: YAG.Tieto dodatočné komponenty môžu zahŕňať Brewsterove platne, saturovateľné absorbéry pre pasívne Q-spínanie alebo kryštály na konverziu frekvencie.Kryštály frekvenčnej konverzie sú dôležité v diaľkomeroch alebo iných aplikáciách pod holým nebom, pretože vlnová dĺžka emisie neodýmu je oveľa nebezpečnejšia ako erbium a musí sa posunúť na dlhšiu vlnovú dĺžku, kým sa dá bezpečne prenášať na veľké vzdialenosti.
Aplikácie diaľkomerov majú často požiadavky na otrasy a vibrácie, čo sťažuje spojenie viacerých komponentov dohromady pri splnení všetkých špecifikácií.Prechod od týchto starých dizajnov k jedinému leštenému kúsku Er: sklo, ktoré plní rovnaké úlohy s rôznymi povlakmi, znižuje veľkosť systému a náklady.Kryštály YAG sa často používajú pod Brewsterovým uhlom, ale rovnaký efekt možno dosiahnuť použitím povlakov.Keďže dosky Er:glass musia byť aj tak potiahnuté, je výhodné pridať tento typ povrchovej úpravy, aby ste získali čo najviac funkcií a ušetrili náklady inde.
Pretože fosfátové sklá sú mierne hygroskopické, ak sú nepotiahnuté Er: sklo ponechané vonku niekoľko dní, môže sa znehodnotiť.Kvalita povrchu musí byť kontrolovaná pred potiahnutím, aby sa zabránilo prenikaniu vlhkosti do skla.Povlaky nanesené na leštených povrchoch finálnej sklenenej dosky ich pomáhajú chrániť pred touto degradáciou.
Spoločné špecifikácie pre malé, vysoko presné Er: sklenené dosky majú kolmosť okrajov < 5 uhlových minút, kolmosť koncov < 10 uhlových sekúnd a kvalitu povrchu lepšiu ako 10-5 vrypov.Tieto náročné špecifikácie vyžadujú čisté prostredie, vysoko kontrolované procesy a minimalizovaný čas dotyku.
Laserové sklo má zvyčajne len dva leštené povrchy na koncoch, zatiaľ čo ostatné povrchy sú brúsené, ale niektoré strany týchto Er: sklenených dosiek sú tiež leštené a majú vysokú toleranciu, aby sa zjednodušilo zarovnanie.Výber, ktoré strany leštiť a natrieť ako prvé, ktoré strany leštiť pred alebo po krájaní a kedy použiť jednostranné alebo obojstranné leštenie, to všetko určuje náklady a výnos.Rozdiel vo výťažnosti medzi neinformovaným procesom a procesom optimalizovaným skúseným výrobcom môže byť ľahko až trojnásobný.
Aby sa skrátil čas dotyku a zlepšila sa výťažnosť, je optimálne mať všetku výrobu a nátery vykonávané na jednom mieste.Zakaždým, keď sa čiastočne hotová časť prepraví medzi rôznymi miestami, pravdepodobnosť kontaminácie a poškodenia sa výrazne zvýši spolu s dodatočným časom vo fronte.
VIACNÁSOBNÉ NÁTERY S VYSOKÝM VÍKOM
Jednou z výziev pri výrobe malých Er:sklenených dosiek na meranie vzdialenosti a iné presné aplikácie NIR je to, že na rôznych aspektoch súčiastky sa často nanáša viacero povlakov.To je ťažké kvôli požadovanému upevňovaniu a ochrane nedotknutých nepotiahnutých povrchov pred náterom.Pre výrobcov je tiež výzvou, aby sa vyhli prestriekaniu alebo prefukovaniu na zadnej strane dosky, ktorá musí byť počas nanášania chránená.Konce sú vybavené antireflexnými (AR) povlakmi s vysokými prahmi poškodenia vyvolaného laserom (LIDT).Okraje majú tiež vysokú povrchovú úpravu LIDT AR, ktorá prepúšťa lúč čerpadla.Výkon čerpadla je vždy vyšší ako výkon emisií.Niektoré štvorstranné dosky majú dokonca ďalšie povlaky pre vstavané vysokoodrazové zrkadlá dutín, rozlišovanie vlnových dĺžok a potlačenie svetla čerpadla.
METROLÓGIA: AK TO NEVIETE ZMERAŤ, NEDOKÁŽETE TO
Výrobná presnosť a riadenie procesu sú zbytočné bez správnej metrológie potrebnej na správne meranie a overovanie kľúčových špecifikácií.Laserové interferometre, ako je ZYGO Verifier, sa často používajú na meranie rovinnosti, ale pri meraní malých Er:sklených dosiek začína zadná plocha interferovať s meraniami prednej plochy kvôli náročnej špecifikácii paralelizmu.Operátori to môžu obísť tak, že na zadnú plochu nanesú vazelínu alebo inú látku, no tento povrch je potom potrebné znovu vyčistiť a zvyšuje sa pravdepodobnosť poškodenia komponentov.Nedávne pokroky v meraní rovinnosti však eliminujú vplyvy zo zadnej plochy a umožňujú, aby sa merania rovinnosti vykonávali rýchlejšie a s menšou pravdepodobnosťou poškodenia.Čipy na okrajoch dosiek môžu operátorom brániť v presnom meraní rovinnosti, čo robí kontrolu procesu počas výroby ešte dôležitejšou.Kolmosť a klin sa zvyčajne overujú pomocou dvojpriechodového autokolimátora.
Rastúci aplikačný priestor pre lasery Er: Glass bude aj naďalej tlačiť výrobcov optických komponentov k vytváraniu čoraz presnejšieho laserového skla a povlakov.1540nm a 1570nm laserové aplikácie bezpečné pre oči pomáhajú zvýšiť bezpečnosť používania, zvýšiť dôveru prostredníctvom estetických laserových procedúr a zlepšiť komunikáciu na veľké vzdialenosti.Najlepšia dostupná rada je, že pri vývoji NIR laserového systému;prediskutujte svoje špecifické potreby aplikácie s dodávateľom komponentov, aby ste sa mohli orientovať pri výbere vhodného laserového skla a iných komponentov.
Tento článok napísali Cory Boone, vedúci technický marketingový inžinier, Edmund Optics (Barrington, NJ) a Mike Middleton, prevádzkový manažér, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Viac informácií o produkte, môžete navštíviť našu webovú stránku:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Pridať: č.23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okres Longquanyi, Chengdu, 610107, Čína.
Čas aktualizácie: apríl-01-2022
