Erbium (Er) dopat fosfatglasuppvisar många fördelaktiga egenskaper, vilket har lett till en ökad efterfrågan de senaste åren på Er: glaslasrar för applikationer somomfattande som laseravståndsmätning, långdistanskommunikation, dermatologi och laserinducerad nedbrytningsspektroskopi (LIBS).Erbiumfiberförstärkare möjliggör snabb global kommunikation i den transpacific-kabel mellan Hongkong och Los Angeles, Er: laseravståndsmätare av glas används alltmer iförsvarsansökningar och spaning, ochEr: glasestetiska lasrarfår draghjälp förta bort ärrbildningoch ävenbehandling av håravfallorsakad av androgen alopeci.
Dessa växande applikationsutrymmen kräver laserglas med hög precision med krävande dimensionstoleranser och laserbeläggningar med hög effekt.Snäva toleranser ger systemintegratörer förtroende för att komponenterna enkelt kan placeras i sina system utan tidskrävande anpassning, men dessa specifikationer utgör en utmaning för laserglastillverkare.Processkontroll och fokus på metrologi krävs för att tillverkare av laserglas ska kunna skapa de krävande komponenterna som krävs för det växande NIR-laseroptikutrymmet.
VARFÖR ERBIUMDOPAT GLAS?
Under de senaste decennierna har betydande framsteg gjorts inom fosfatbaserad laserteknologi i termer av förbättrad uteffekt, kortare pulslängd, minskad systemstorlek och nya driftsvåglängder.Er:glaslasrar sänder vanligtvis ut vid ögonsäkra våglängder på 1540nm, 1550nm eller 1570nm, vilket är mycket fördelaktigt vid avståndsmätning och andra situationer där människor kan exponeras för strålarna.Dessa våglängder gynnas av hög överföring genom atmosfären.1540nm upplever också minimal absorption av melanin, vilket gör Er: glaslasrar optimala för estetiska laserapplikationer på patienter med mörkare hy.
Figur 1. Energitillstånd för erbium.Er:glaslasrar pumpas vanligtvis med en 800nm eller 980nm laser och avger vid 1540nm eller 1570nm.
Fosfatglas når höga överföringar och kan dopas med sällsynta jordartsmetaller som erbium och ytterbium så att det kan nå populationsinversion och laser när det utsätts för en pumpvåglängd på 800nm eller 980nm (Figur 1).Er: glas skulle också kunna pumpas av fotoner vid 1480nm, men detta är oönskat eftersom effektiviteten kan sänkas genom att pumpa och stimulera emission som sker i samma våglängd och energiband.[3]Fosfatglas drar också fördel av kemisk stabilitet och höga laserinducerade skadetrösklar (LIDTs), vilket gör Er:glas och andra dopade fosfatglas till idealiska kandidater för NIR-laserförstärkningsmedia.
Fosfatglas har en högre löslighet av sällsynta jordartsmetalljoner än silikatglas, som har en styvare matrisstruktur.[1]De har dock en smalare bandbredd än silikatglas och är något hygroskopiska, vilket innebär att de absorberar mer fukt från luften.Därför är de begränsade till applikationer i deras bandbredd och system där de kommer att vara tillräckligt skyddade från fukt av beläggningar eller annan optik.
TÄNTA TOLERANSER OCH PROCESSKONTROLL
Många av de applikationer som diskuterats tidigare, särskilt laseravståndsmätning för försvarstillämpningar, kräver ofta små Er: glaskomponenter med extremt snäva dimensionstoleranser.Dessa finpolerade skivor av laserglas kan sedan släppas in i enheter utan att det krävs lite eller ingen inriktning.De kan komma ner till storleken på ett SIM-kort och har ofta inte avfasningar eftersom de är så små (Figur 2).Detta gör kantflisning mer sannolikt.Att uppnå snäva parallellitet och ytkvalitetsspecifikationer på dessa små komponenter kan vara otroligt utmanande.Den genomskinliga bländaren, eller delen av den optiska ytan som måste uppfylla alla specifikationer, är ofta nästan 100 %, vilket lämnar lite eller inget utrymme för fel runt kanterna på optiska ytor.
Figur 2. Er:glasplattor som används för laseravståndsmätning och andra NIR-lasertillämpningar är ofta lika stora som ett vanligt SIM-kort eller mindre.
Så varför gå igenom alla dessa problem?Tidigare lösningar involverade ofta större underenheter av flera kristallkomponenter fästa på en Nd: YAG-stång.Dessa ytterligare komponenter kan inkludera Brewster-plattor, mättbara absorbatorer för passiv Q-switching eller frekvensomvandlingskristaller.Frekvensomvandlingskristaller är viktiga i avståndsmätare eller andra utomhusapplikationer eftersom emissionsvåglängden av neodym är mycket farligare än erbium och måste flyttas till en längre våglängd innan det säkert kan överföras över långa avstånd.
Avståndsmätarapplikationer har ofta krav på stötar och vibrationer, vilket gör det svårt att sammanfoga flera komponenter samtidigt som de uppfyller alla specifikationer.Att flytta från dessa gamla mönster till en enda, polerad bit av Er: glas som utför samma uppgifter med olika beläggningar minskade systemstorleken och kostnaden.YAG-kristaller används ofta i Brewsters vinkel, men samma effekt kan uppnås genom att använda beläggningar.Eftersom Er:glasplattor ändå måste beläggas är det fördelaktigt att lägga till denna typ av beläggning för att packa in så mycket funktionalitet som möjligt och spara kostnader på andra ställen.
Eftersom fosfatglas är något hygroskopiska, kan det brytas ned om det inte är belagt Er:-glas ute i flera dagar.Ytkvaliteten måste kontrolleras före beläggning för att förhindra att fukt tränger in i glaset.Beläggningar avsatta på de polerade ytorna av den slutliga glasplattan hjälper till att skydda dem från denna nedbrytning.
Vanliga specifikationer för små, högprecisions Er: glasplattor är <5 bågmin vinkelräthet för kanterna, <10 bågsekunders vinkelräthet för ändarna och en ytkvalitet bättre än 10-5 scratch gräv.Dessa krävande specifikationer kräver en ren miljö, mycket kontrollerade processer och minimerad beröringstid.
Laserglas har normalt bara två polerade ytor på ändarna medan resten av ytorna är slipade, men några av sidorna på dessa Er: glasplattor är också polerade och mycket toleranserade för att förenkla inriktningen.Valet av vilka sidor som ska poleras och beläggas först, vilka sidor som ska poleras före eller efter tärning och när man ska använda enkelsidig eller dubbelsidig polering avgör alla kostnader och avkastning.Skillnaden i utbyte mellan en oinformerad process och en process optimerad av en erfaren tillverkare kan lätt bli så stor som en faktor tre.
För att minska beröringstiden och förbättra utbytet är det optimalt att få all tillverkning och beläggning utförd på en enda plats.Varje gång den delvis färdiga delen skickas mellan olika platser ökar sannolikheten för kontaminering och skador avsevärt, tillsammans med ytterligare kötid.
FLERA HÖGLOCKSBELAGNINGAR
En utmaning med att tillverka små Er:glasplattor för avståndsmätning och andra precisions-NIR-applikationer är att flera beläggningar ofta avsätts på olika aspekter av komponenten.Detta är svårt på grund av den nödvändiga fixeringen och skyddet av orörda obelagda ytor före beläggning.Det är också en utmaning för tillverkare att undvika översprutning eller blow-by på baksidan av plattan, som måste skyddas under beläggning.Ändarna har antireflekterande (AR) beläggningar med höga las-inducerade skadetrösklar (LIDT).Kanterna har också höga LIDT AR-beläggningar för att släppa in pumpstrålen.Pumpeffekten är alltid högre än emissionen.Vissa fyrsidiga plattor har till och med ytterligare beläggningar för inbyggda hålrumsspeglar med hög reflektivitet, våglängdsdiskriminering och pumpljusavvisning.
METROLOGI: OM DU INTE KAN MÄTA DET KAN DU DET INTE
Tillverkningsprecision och processkontroll är värdelösa utan rätt mätteknik som behövs för att korrekt mäta och verifiera nyckelspecifikationer.Laserinterferometrar, såsom en ZYGO Verifier, används ofta för att mäta planhet, men vid mätning av små Er:glasplattor börjar bakytan störa mätningarna av den främre ytan på grund av den krävande parallellitetsspecifikationen.Operatörer kan komma runt detta genom att applicera vaselin eller annat ämne på bakytan, men denna yta behöver sedan rengöras och sannolikheten för komponentskador ökar.De senaste framstegen inom planhetsmätning eliminerar emellertid effekter från baksidan och tillåter att planhetsmätningar görs snabbare och med mindre sannolikhet för skada.Spån på plattornas kanter kan hindra operatörer från att noggrant mäta planhet, vilket gör processkontroll under tillverkningen ännu viktigare.Vinkelräthet och wedge verifieras vanligtvis med en dubbelpass autokollimator.
Det växande applikationsutrymmet för Er: glaslasrar kommer att fortsätta driva på tillverkare av optiska komponenter att skapa laserglas och beläggningar med högre och högre precision.1540nm och 1570nm ögonsäkra laserapplikationer hjälper till att göra användningen säkrare, öka förtroendet genom estetiska laserprocedurer och förbättra långdistanskommunikation.Det bästa rådet som finns är att när man utvecklar ett NIR-lasersystem;diskutera dina specifika applikationsbehov med din komponentleverantör för vägledning i att navigera i det nyanserade urvalet av rätt laserglas och andra komponenter.
Den här artikeln skrevs av Cory Boone, Lead Technical Marketing Engineer, Edmund Optics (Barrington, NJ) och Mike Middleton, Operations Manager, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Mer produktinformation, du kan besöka vår hemsida:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-post:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Lägg till: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Uppdateringstid: 2022-01-01
