Erbiem (Er) dopované fosfátové sklovykazuje mnoho prospěšných vlastností, což vedlo v posledních letech ke zvýšené poptávce po laserech Er: glass pro aplikace jakoširoké, jako je laserové měření vzdálenosti, komunikace na dlouhé vzdálenosti, dermatologie a laserem indukovaná spektroskopie rozpadu (LIBS).Erbiové vláknové zesilovače umožňují rychlou globální komunikaci v transpacifickém kabelu mezi Hongkongem a Los Angeles, Er: skleněné laserové dálkoměry se stále více používají vobranné aplikace a průzkum, aEr: skleněné estetické laseryzískávají trakci proodstranění jizeva dokonceléčba vypadávání vlasůzpůsobené androgenní alopecií.
Tyto rostoucí aplikační prostory vyžadují vysoce přesné laserové sklo s náročnými rozměrovými tolerancemi a vysoce výkonné laserové povlaky.Přísné tolerance dávají systémovým integrátorům jistotu, že komponenty lze snadno umístit do jejich systémů bez časově náročného seřizování, ale tyto specifikace představují výzvu pro výrobce laserových skel.Výrobci laserového skla vyžadují řízení procesu a zaměření na metrologii, aby vytvořili náročné komponenty potřebné pro rostoucí prostor NIR laserové optiky.
PROČ ERBIEM DOPOVANÉ SKLO?
V posledních několika desetiletích došlo k významnému pokroku v laserové technologii na bázi fosfátů, pokud jde o zlepšený výstupní výkon, kratší dobu trvání pulsu, zmenšenou velikost systému a nové provozní vlnové délky.Lasery Er:glass běžně vyzařují na vlnových délkách bezpečných pro oči 1540nm, 1550nm nebo 1570nm, což je velmi výhodné při měření vzdálenosti a dalších situacích, kdy mohou být lidé vystaveni paprskům.Tyto vlnové délky těží z vysokého přenosu atmosférou.1540nm také vykazuje minimální absorpci melaninem, díky čemuž jsou lasery Er: glass optimální pro estetické laserové aplikace u pacientů s tmavší pletí.
Obrázek 1. Energetické stavy erbia.Er:glass lasery jsou obvykle pumpovány 800nm nebo 980nm laserem a emitují při 1540nm nebo 1570nm.
Fosfátové sklo dosahuje vysoké propustnosti a může být dopováno atomy vzácných zemin, jako je erbium a ytterbium, takže může dosáhnout inverze populace a lase, když je vystaveno vlnové délce čerpadla 800 nm nebo 980 nm (obrázek 1).Er: sklo by také mohlo být čerpáno fotony při 1480nm, ale to je nežádoucí, protože účinnost by mohla být snížena čerpáním a stimulovanou emisí vyskytující se ve stejném pásmu vlnové délky a energie.[3]Fosfátová skla také těží z chemické stability a vysokých prahů poškození způsobených laserem (LIDT), díky čemuž jsou Er:glass a další dopovaná fosfátová skla ideálními kandidáty pro média pro zisk NIR laseru.
Fosfátová skla mají vyšší rozpustnost iontů vzácných zemin než silikátová skla, která se vyznačují tužší strukturou matrice.[1]Vyznačují se však užší šířkou pásma než silikátová skla a jsou mírně hygroskopická, což znamená, že absorbují více vlhkosti ze vzduchu.Proto jsou omezeny na aplikace ve své šířce pásma a systémy, kde budou dostatečně chráněny před vlhkostí nátěry nebo jinou optikou.
PŘÍSNÉ TOLERANCE A KONTROLA PROCESU
Mnoho aplikací diskutovaných dříve, zejména laserové měření vzdálenosti pro obranné aplikace, často vyžaduje malé Er: skleněné součásti s extrémně úzkými rozměrovými tolerancemi.Tyto jemně leštěné pláty laserového skla lze poté spouštět do sestav bez nutnosti téměř žádného zarovnání.Mohou se zmenšit na velikost SIM karty a často nemají zkosení, protože jsou tak malé (obrázek 2).To zvyšuje pravděpodobnost vylamování hran.Dosažení těsné paralelnosti a specifikací kvality povrchu na těchto malých součástkách může být neuvěřitelně náročné.Čistá apertura nebo část optického povrchu, která musí splňovat všechny specifikace, je často téměř 100%, takže kolem okrajů optických povrchů nenechává téměř žádný prostor pro chyby.
Obrázek 2. Er: skleněné desky používané pro laserové měření vzdálenosti a další NIR laserové aplikace mají často velikost běžné SIM karty nebo menší.
Tak proč procházet všemi těmi potížemi?Předchozí řešení často zahrnovala větší podsestavy více krystalových komponent připojených k tyči Nd:YAG.Tyto další součásti mohou zahrnovat Brewsterovy desky, saturovatelné absorbéry pro pasivní Q-spínání nebo krystaly pro konverzi frekvence.Krystaly frekvenční konverze jsou důležité v dálkoměrech nebo jiných aplikacích pod širým nebem, protože vlnová délka vyzařování neodymu je mnohem nebezpečnější než erbium a musí být posunuta na delší vlnovou délku, než může být bezpečně přenášena na velké vzdálenosti.
Aplikace dálkoměru často vyžadují otřesy a vibrace, což ztěžuje spojování více komponentů dohromady při splnění všech specifikací.Přechod od těchto starých vzorů k jedinému, leštěnému kusu Er: sklo, které plní stejné úkoly s různými povlaky, snižuje velikost systému a snižuje náklady.Krystaly YAG se často používají v Brewsterově úhlu, ale stejného efektu lze dosáhnout použitím povlaků.Vzhledem k tomu, že desky Er:glass musí být tak jako tak potaženy, je výhodné přidat tento typ povrchové úpravy, aby bylo dosaženo co největší funkčnosti a ušetřily se náklady jinde.
Vzhledem k tomu, že fosfátová skla jsou mírně hygroskopická, pokud je Er: sklo bez povlaku ponecháno venku několik dní, může se rozložit.Kvalita povrchu musí být před nanášením povlaku kontrolována, aby se zabránilo pronikání vlhkosti do skla.Povlaky nanesené na leštěné povrchy finální skleněné desky je pomáhají chránit před touto degradací.
Společné specifikace pro malé, vysoce přesné Er: skleněné desky mají kolmost hran <5 úhlových min, kolmost konců <10 úhlových sekund a kvalitu povrchu lepší než 10-5 rýhování.Tyto náročné specifikace vyžadují čisté prostředí, vysoce kontrolované procesy a minimální dobu dotyku.
Laserové sklo má normálně pouze dva leštěné povrchy na koncích, zatímco ostatní povrchy jsou broušené, ale některé strany těchto Er: skleněné desky jsou také leštěné a vysoce tolerované, aby se zjednodušilo zarovnání.Výběr, které strany leštit a natřít jako první, které strany leštit před nebo po kostkování, a kdy použít jednostranné nebo oboustranné leštění, to vše určuje náklady a výnos.Rozdíl ve výtěžnosti mezi neinformovaným procesem a procesem optimalizovaným zkušeným výrobcem může být klidně až trojnásobek.
Aby se zkrátila doba dotyku a zlepšila se výtěžnost, je optimální mít veškerou výrobu a nátěry prováděny na jednom místě.Pokaždé, když je částečně hotový díl přepravován mezi různými místy, pravděpodobnost kontaminace a poškození se výrazně zvyšuje spolu s dodatečnou dobou ve frontě.
VÍCENÁSOBNÉ NÁTĚRY VYSOKÝM VÍKEM
Jednou z výzev při výrobě malých Er:skleněných desek pro dálkoměr a další přesné NIR aplikace je to, že na různé fasety součásti je často nanášeno více vrstev.To je obtížné kvůli požadovanému upevnění a ochraně nedotčených nepotažených povrchů před nátěrem.Pro výrobce je také výzvou, aby se vyhnuli přestřiku nebo vyfukování na zadní stranu desky, která musí být během nanášení chráněna.Konce mají antireflexní (AR) povlaky s vysokým prahem poškození vyvolaným laserem (LIDT).Okraje jsou také opatřeny vysokým povlakem LIDT AR, který propouští paprsek čerpadla.Výkon čerpadla je vždy vyšší než výkon emisí.Některé čtyřstranné desky mají dokonce další povlaky pro vestavěná dutinová zrcadla s vysokou odrazivostí, rozlišení vlnové délky a potlačení světla pumpou.
METROLOGIE: POKUD TO NEMŮŽETE ZMĚŘIT, NEDOKÁŽETE TO
Výrobní přesnost a řízení procesu jsou k ničemu bez správné metrologie potřebné k řádnému měření a ověřování klíčových specifikací.Laserové interferometry, jako je ZYGO Verifier, se často používají k měření rovinnosti, ale při měření malých Er:skleněných desek začíná zadní plocha interferovat s měřením přední plochy kvůli náročné specifikaci paralelismu.Operátoři to mohou obejít nanesením vazelíny nebo jiné hmoty na zadní plochu, ale tento povrch je pak potřeba znovu vyčistit a zvyšuje se pravděpodobnost poškození součástky.Nedávné pokroky v měření rovinnosti však eliminují efekty ze zadního povrchu a umožňují provádět měření rovinnosti rychleji a s menší pravděpodobností poškození.Třísky na okrajích desek mohou operátorům bránit v přesném měření rovinnosti, což činí řízení procesu během výroby ještě důležitější.Kolmost a klín se typicky ověřují pomocí dvouprůchodového autokolimátoru.
Rostoucí aplikační prostor pro lasery Er: glass bude i nadále tlačit výrobce optických komponent k vytváření stále vyšší přesnosti laserového skla a povlaků.1540nm a 1570nm laserové aplikace bezpečné pro oči pomáhají zvýšit bezpečnost používání, zvýšit důvěru prostřednictvím estetických laserových postupů a zlepšit komunikaci na dlouhé vzdálenosti.Nejlepší dostupnou radou je, že při vývoji NIR laserového systému;prodiskutujte své specifické potřeby aplikace s vaším dodavatelem komponent, abyste se mohli orientovat při výběru vhodného laserového skla a dalších komponent.
Tento článek napsali Cory Boone, hlavní technický marketingový inženýr, Edmund Optics (Barrington, NJ) a Mike Middleton, provozní manažer, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Více informací o produktu, můžete navštívit naše webové stránky:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mailem:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Add: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, China.
Čas aktualizace: duben-01-2022
