Erbijum (Er) dopirano fosfatnim staklompokazuje mnoga korisna svojstva, što je dovelo do povećane potražnje posljednjih godina za Er: staklenim laserima za primjene kaoširokog raspona kao što su lasersko određivanje udaljenosti, komunikacije na daljinu, dermatologija i laserski inducirana spektroskopija razgradnje (LIBS).Pojačala sa erbijumskim vlaknima omogućavaju brzu globalnu komunikaciju u transpacifičkom kablu između Hong Konga i Los Anđelesa, Er: stakleni laserski daljinomeri se sve više koriste uprimjene odbrane i izviđanja, iEr: stakleni estetski laseridobijaju na snazi zauklanjanje ožiljakai čaktretman opadanja koseuzrokovana androgenom alopecijom.
Ovi rastući prostori zahtijevaju lasersko staklo visoke preciznosti sa zahtjevnim tolerancijama dimenzija i laserskim premazima velike snage.Uske tolerancije daju integratorima sistema sigurnost da se komponente mogu lako postaviti u njihove sisteme bez dugotrajnog poravnanja, ali ove specifikacije predstavljaju izazov za proizvođače laserskog stakla.Kontrola procesa i fokus na mjeriteljstvo potrebni su proizvođačima laserskog stakla kako bi kreirali zahtjevne komponente potrebne za rastući prostor NIR laserske optike.
ZAŠTO STAKLO DOPIRANO ERBIJUMOM?
U posljednjih nekoliko decenija, napravljen je značajan napredak u laserskoj tehnologiji zasnovanoj na fosfatu u smislu poboljšane izlazne snage, kraćeg trajanja impulsa, smanjene veličine sistema i novih radnih talasnih dužina.Er:glass laseri obično emituju talasne dužine od 1540 nm, 1550 nm ili 1570 nm koje su bezbedne za oči, što je veoma korisno za određivanje udaljenosti i druge situacije u kojima ljudi mogu biti izloženi zracima.Ove talasne dužine imaju koristi od visokog prenosa kroz atmosferu.1540nm također doživljava minimalnu apsorpciju melanina, što Er: staklene lasere čini optimalnim za estetske laserske aplikacije na pacijentima tamnijeg tena.
Slika 1. Energetska stanja erbija.Er:glass laseri se obično pumpaju laserom od 800nm ili 980nm i emituju na 1540nm ili 1570nm.
Fosfatno staklo postiže visoke transmisije i može biti dopirano atomima rijetkih zemalja kao što su erbij i iterbijum, tako da može postići inverziju populacije i lasera kada je izloženo talasnoj dužini pumpe od 800 nm ili 980 nm (Slika 1).Er: staklo bi također moglo biti pumpano fotonima na 1480nm, ali to je nepoželjno jer bi efikasnost mogla biti smanjena pumpanjem i stimuliranom emisijom koja se javlja u istoj talasnoj dužini i energetskom opsegu.[3]Fosfatne naočale takođe imaju koristi od hemijske stabilnosti i visokih pragova oštećenja izazvanih laserom (LIDTs), što čini Er:staklo i druge dopirane fosfatne naočare idealnim kandidatima za medije za NIR lasersko pojačanje.
Fosfatna stakla imaju veću rastvorljivost jona rijetkih zemalja od silikatnih stakla, koja imaju čvršću matričnu strukturu.[1]Međutim, oni imaju uži propusni opseg od silikatnih stakla i blago su higroskopni, što znači da upijaju više vlage iz zraka.Stoga su ograničeni na primjene u svom propusnom opsegu i sistemima gdje će biti dovoljno zaštićeni od vlage premazima ili drugom optikom.
TESNE TOLERANCIJE I KONTROLA PROCESA
Mnoge aplikacije o kojima smo ranije govorili, posebno lasersko određivanje udaljenosti za odbrambene aplikacije, često zahtijevaju male Er: staklene komponente s ekstremno malim dimenzionalnim tolerancijama.Ove fino polirane ploče laserskog stakla se zatim mogu ubaciti u sklopove bez potrebe za poravnavanjem.Mogu se smanjiti na veličinu SIM kartice i često nemaju kosine jer su tako male (slika 2).To čini lomljenje ivica vjerovatnijim.Postizanje uskog paralelizma i specifikacija kvaliteta površine na ovim malim komponentama može biti nevjerovatno izazovno.Čisti otvor blende, ili dio optičke površine koji mora zadovoljiti sve specifikacije, često je skoro 100%, ostavljajući malo ili nimalo mjesta za greške oko rubova optičkih površina.
Slika 2. Er:staklene ploče koje se koriste za lasersko određivanje udaljenosti i druge NIR laserske aplikacije često su veličine uobičajene SIM kartice ili manje.
Pa zašto prolaziti kroz sve ove nevolje?Prethodna rješenja su često uključivala veće podsklopove više kristalnih komponenti pričvršćenih na Nd:YAG šipku.Ove dodatne komponente mogu uključivati Brewsterove ploče, zasićene apsorbere za pasivno Q-prekidanje ili kristale za konverziju frekvencije.Kristali za konverziju frekvencije važni su u daljinomjerima ili drugim aplikacijama na otvorenom jer je talasna dužina emisije neodimija mnogo opasnija od erbija i mora se pomaknuti na veću valnu dužinu prije nego što se može sigurno prenijeti na velike udaljenosti.
Aplikacije daljinomjera često imaju zahtjeve za udare i vibracije, što otežava spajanje više komponenti uz ispunjavanje svih specifikacija.Prelazak sa ovih starih dizajna na jedan, polirani komad Er: staklo koje ispunjava iste zadatke sa različitim premazima smanjilo je veličinu sistema i troškove.YAG kristali se često koriste pod Brewsterovim uglom, ali isti efekat se može postići upotrebom premaza.Budući da Er:staklene ploče ionako moraju biti premazane, korisno je dodati ovu vrstu premaza kako biste upakirali što više funkcionalnosti i uštedjeli troškove negdje drugdje.
Budući da su fosfatna stakla blago higroskopna, ako se Er: staklo ne prevuče nekoliko dana vani može se razgraditi.Kvalitet površine mora se kontrolirati prije premaza kako bi se spriječilo kretanje vlage u staklo.Premazi naneseni na polirane površine završne staklene ploče pomažu im u zaštiti od ove degradacije.
Uobičajene specifikacije za male, visoko precizne Er: staklene ploče imaju <5 lučnih minuta okomitosti za rubove, <10 lučnih sekundi okomitosti za krajeve i kvalitet površine bolji od 10-5 grebanja.Ove zahtjevne specifikacije zahtijevaju čisto okruženje, visoko kontrolirane procese i minimalno vrijeme dodira.
Lasersko staklo obično ima samo dvije polirane površine na krajevima dok su ostale površine brušene, ali neke od strana ovih Er: staklenih ploča su također polirane i visoko tolerantne kako bi se pojednostavilo poravnavanje.Izbor koje će se strane prvo polirati i premazati, koje strane polirati prije ili nakon rezanja na kockice i kada koristiti jednostrano ili dvostrano poliranje, sve to određuje cijenu i prinos.Razlika u prinosu između neinformisanog procesa i procesa optimizovanog od strane iskusnog proizvođača lako može biti velika kao faktor tri.
Kako bi se smanjilo vrijeme dodira i poboljšali prinosi, optimalno je da se sva proizvodnja i premazivanje obavljaju na jednoj lokaciji.Svaki put kada se djelomično gotovi dio otprema između različitih lokacija, vjerovatnoća kontaminacije i oštećenja se značajno povećava, zajedno s dodatnim vremenom čekanja.
VIŠE PREMAZA HIGH LIDT
Jedan izazov sa proizvodnjom malih Er:staklenih ploča za određivanje udaljenosti i druge precizne NIR aplikacije je to što se višestruki premazi često nanose na različite aspekte komponente.To je teško zbog potrebnog pričvršćivanja i zaštite netaknutih neobloženih površina prije premaza.Također je izazov za proizvođače da izbjegnu prekomjerno prskanje ili probijanje na poleđini ploče, koja mora biti zaštićena tokom premaza.Krajevi imaju antirefleksne (AR) premaze sa visokim pragom oštećenja izazvanim laserom (LIDT).Rubovi također imaju visoke LIDT AR premaze za propuštanje zraka pumpe.Snaga pumpe je uvijek veća od snage emisije.Neke četverostrane ploče imaju čak i dodatne premaze za ugrađena zrcala sa šupljinama visoke refleksije, diskriminaciju talasne dužine i odbijanje svjetlosti pumpe.
METROLOGIJA: AKO NE MOŽETE DA IZMJERITE NE MOŽETE TO NAPRAVITI
Preciznost proizvodnje i kontrola procesa su beskorisni bez odgovarajuće metrologije potrebne za pravilno merenje i verifikaciju ključnih specifikacija.Laserski interferometri, kao što je ZYGO Verifier, često se koriste za mjerenje ravnosti, ali kada se mjere male Er:staklene ploče, stražnja površina počinje ometati mjerenja prednje površine zbog zahtjevne specifikacije paralelizma.Rukovaoci to mogu zaobići nanošenjem vazelina ili druge supstance na zadnju površinu, ali tu površinu tada treba ponovo očistiti i povećava se vjerovatnoća oštećenja komponenti.Međutim, nedavni napredak u mjerenju ravnosti eliminira efekte sa stražnje površine i omogućava da se mjerenja ravnosti izvedu brže i sa manjom vjerovatnoćom oštećenja.Čipovi na ivicama ploča mogu spriječiti operatere da precizno mjere ravnost, što kontrolu procesa tokom proizvodnje čini još važnijom.Okomitost i klin se obično provjeravaju pomoću autokolimatora sa dvostrukim prolazom.
Sve veći prostor za primjenu Er: staklenih lasera nastavit će tjerati proizvođače optičkih komponenti na stvaranje sve veće preciznosti laserskog stakla i premaza.1540nm i 1570nm laserske aplikacije koje su sigurne za oči pomažu u bezbednijoj upotrebi, povećavaju samopouzdanje kroz estetske laserske procedure i poboljšavaju komunikaciju na daljinu.Najbolji savet koji je na raspolaganju je da kada razvijate NIR laserski sistem;razgovarajte o vašim specifičnim potrebama aplikacije sa dobavljačem komponenti za smjernice u navigaciji nijansiranim odabirom odgovarajućeg laserskog stakla i drugih komponenti.
Ovaj članak su napisali Cory Boone, vodeći inženjer tehničkog marketinga, Edmund Optics (Barrington, NJ) i Mike Middleton, operativni menadžer, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Više informacija o proizvodima možete posjetiti našu web stranicu:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Dodaj: br.23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okrug Longquanyi, Chengdu, 610107, Kina.
Vrijeme ažuriranja: Apr-01-2022
