Erbij (Er) fosfatno staklopokazuje mnoga korisna svojstva, što je posljednjih godina dovelo do povećane potražnje za Er: staklenim laserima za primjene kaoširokog raspona kao što su lasersko određivanje udaljenosti, komunikacije na velikim udaljenostima, dermatologija i laserski inducirana probojna spektroskopija (LIBS).Pojačala s erbijevim vlaknima omogućuju brzu globalnu komunikaciju u transpacifičkom kabelu između Hong Konga i Los Angelesa, Er: stakleni laserski daljinomjeri sve se više koriste uobrambene primjene i izviđanje, iEr: stakleni estetski laseridobivaju na snaziuklanjanje ožiljakapa čak iliječenje gubitka koseuzrokovane androgenom alopecijom.
Ovi rastući prostori primjene zahtijevaju lasersko staklo visoke preciznosti sa zahtjevnim tolerancijama dimenzija i laserskim premazima velike snage.Uske tolerancije daju integratorima sustava povjerenje da se komponente mogu jednostavno postaviti u njihove sustave bez dugotrajnog usklađivanja, ali te specifikacije predstavljaju izazov za proizvođače laserskog stakla.Kontrola procesa i usredotočenost na mjeriteljstvo potrebni su proizvođačima laserskog stakla za stvaranje zahtjevnih komponenti potrebnih za rastući prostor NIR laserske optike.
ZAŠTO STAKLO DOPIRANO ERBIJEM?
U posljednjih nekoliko desetljeća postignut je značajan napredak u tehnologiji lasera na bazi fosfata u smislu poboljšane izlazne snage, kraćeg trajanja impulsa, smanjene veličine sustava i novih radnih valnih duljina.Er:stakleni laseri obično emitiraju na valnim duljinama od 1540 nm, 1550 nm ili 1570 nm koje su sigurne za oči, što je vrlo korisno u mjerenju udaljenosti i drugim situacijama u kojima ljudi mogu biti izloženi zrakama.Ove valne duljine pogoduju visokom prijenosu kroz atmosferu.1540 nm također doživljava minimalnu apsorpciju melanina, čineći Er: staklene lasere optimalnim za estetske laserske primjene na pacijentima s tamnijim tenom.
Slika 1. Energetska stanja erbija.Er:stakleni laseri obično se pumpaju s laserom od 800 nm ili 980 nm i emitiraju na 1540 nm ili 1570 nm.
Fosfatno staklo postiže visoke prijenose i može se dopirati atomima rijetke zemlje kao što su erbij i iterbij tako da može postići inverziju naseljenosti i laser kada je izloženo valnoj duljini pumpe od 800 nm ili 980 nm (slika 1).Er: staklo se također može pumpati fotonima na 1480 nm, ali to je nepoželjno jer bi učinkovitost mogla biti smanjena pumpanjem i stimuliranom emisijom koja se javlja u istoj valnoj duljini i energetskom pojasu.[3]Fosfatna stakla također imaju koristi od kemijske stabilnosti i visokih pragova oštećenja izazvanih laserom (LIDT), što Er:staklo i druga dopirana fosfatna stakla čini idealnim kandidatima za medije za NIR lasersko pojačanje.
Fosfatna stakla imaju veću topljivost iona rijetkih zemalja od silikatnih stakala, koja imaju čvršću strukturu matrice.[1]Međutim, oni imaju uži pojas od silikatnih stakala i blago su higroskopni, što znači da apsorbiraju više vlage iz zraka.Stoga su ograničeni na primjene u svom pojasu i sustavima gdje će biti dovoljno zaštićeni od vlage premazima ili drugom optikom.
STROGE TOLERANCIJE I KONTROLA PROCESA
Mnoge primjene o kojima smo ranije govorili, posebice lasersko mjerenje daljine za obrambenu primjenu, često zahtijevaju male Er: staklene komponente s iznimno malim dimenzijskim tolerancijama.Ove fino polirane ploče od laserskog stakla mogu se zatim spustiti u sklopove s malo ili nimalo potrebnog poravnanja.Mogu se svesti na veličinu SIM kartice i često nemaju kosine jer su tako male (Slika 2).To povećava vjerojatnost pucanja rubova.Postizanje uskog paralelizma i specifikacija kvalitete površine na ovim malim komponentama može biti nevjerojatno izazovno.Prozirni otvor, ili dio optičke površine koji mora zadovoljiti sve specifikacije, često je gotovo 100%, ostavljajući malo ili nimalo prostora za pogreške oko rubova optičkih površina.
Slika 2. Er:staklene ploče koje se koriste za lasersko mjerenje udaljenosti i druge primjene NIR lasera često su veličine obične SIM kartice ili manje.
Pa zašto prolaziti kroz sve te nevolje?Prijašnja rješenja često su uključivala veće podsklopove više kristalnih komponenti pričvršćenih na Nd:YAG šipku.Te dodatne komponente mogu uključivati Brewsterove ploče, apsorbere koji se mogu zasićiti za pasivno Q-sklopku ili kristale za pretvorbu frekvencije.Kristali za pretvorbu frekvencije važni su u daljinomjerima ili drugim primjenama na otvorenom jer je valna duljina emisije neodimija mnogo opasnija od erbija i mora se prebaciti na dužu valnu duljinu prije nego što se može sigurno prenijeti na velike udaljenosti.
Primjene daljinomjera često imaju zahtjeve za udarce i vibracije, što otežava spajanje više komponenti uz ispunjavanje svih specifikacija.Prelazak s ovih starih dizajna na jedan, polirani komad Er: stakla koji ispunjava iste zadatke s različitim premazima smanjio je veličinu i cijenu sustava.YAG kristali se često koriste pod Brewsterovim kutom, ali isti se učinak može postići korištenjem premaza.Budući da Er:staklene ploče ionako moraju biti obložene, korisno je dodati ovu vrstu premaza kako bi se spakirala što je više moguće funkcionalnosti i uštedjelo na drugim mjestima.
Budući da su fosfatna stakla blago higroskopna, ako se nepremazano Er: staklo ostavi vani nekoliko dana, može se razgraditi.Kvaliteta površine mora se kontrolirati prije premazivanja kako bi se spriječilo prelazak vlage u staklo.Premazi naneseni na polirane površine konačne staklene ploče pomažu u njihovoj zaštiti od ove degradacije.
Uobičajene specifikacije za male Er visoke preciznosti: staklene ploče imaju okomitost <5 arcmin za rubove, <10 arcsec okomitost za krajeve i kvalitetu površine bolju od 10-5 scratch dig.Ove zahtjevne specifikacije zahtijevaju čisto okruženje, visoko kontrolirane procese i minimizirano 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 također su polirane i visoko tolerantne kako bi se pojednostavilo poravnavanje.Izbor koje strane prvo polirati i premazivati, koje strane polirati prije ili nakon rezanja na kockice i kada koristiti jednostrano ili dvostrano poliranje, sve to određuje trošak i učinak.Razlika u prinosu između neinformiranog procesa i procesa optimiziranog od strane iskusnog proizvođača lako može biti velika čak tri puta.
Kako bi se smanjilo vrijeme dodira i poboljšali prinosi, optimalno je da se sva proizvodnja i premazivanje izvode na jednom mjestu.Svaki put kad se djelomično gotovi dio otprema između različitih lokacija, vjerojatnost kontaminacije i oštećenja uvelike se povećava, zajedno s dodatnim vremenom čekanja.
VIŠE HIGH-LIDT PREMAZA
Jedan od izazova u proizvodnji malih Er:staklenih ploča za mjerenje udaljenosti i druge precizne NIR primjene je taj što se višestruki slojevi često nanose na različite aspekte komponente.To je teško zbog potrebnog učvršćivanja i zaštite netaknutih nepremazanih površina prije premazivanja.Za proizvođače je također izazov izbjeći prekomjerno raspršivanje ili propuhivanje stražnje strane ploče, koja se mora zaštititi tijekom premazivanja.Rubovi imaju antirefleksne (AR) premaze s visokim pragom oštećenja izazvanim laserom (LIDTs).Rubovi također imaju visoke LIDT AR premaze koji propuštaju zraku pumpe.Snaga pumpe uvijek je veća od snage emisije.Neke četverostrane ploče čak imaju dodatne premaze za ugrađena šuplja zrcala visoke refleksije, diskriminaciju valnih duljina i odbijanje svjetla pumpe.
MJERITELJSTVO: AKO NE MOŽETE MJERITI, NE MOŽETE USPJETI
Preciznost proizvodnje i kontrola procesa beskorisni su bez odgovarajućeg mjeriteljstva potrebnog za ispravno mjerenje i provjeru ključnih specifikacija.Laserski interferometri, kao što je ZYGO Verifier, često se koriste za mjerenje ravnosti, ali kod mjerenja malih Er:staklenih ploča stražnja površina počinje ometati mjerenja prednje površine zbog zahtjevne specifikacije paralelizma.Operateri to mogu zaobići nanošenjem vazelina ili druge tvari na stražnju površinu, ali tu površinu tada treba ponovno očistiti i vjerojatnost oštećenja komponente se povećava.Međutim, nedavni napredak u mjerenju ravnosti eliminira efekte sa stražnje površine i omogućuje brža mjerenja ravnosti i s manjom vjerojatnošću oštećenja.Krhotine na rubovima ploča mogu spriječiti operatere u preciznom mjerenju ravnosti, što kontrolu procesa tijekom proizvodnje čini još važnijom.Okomitost i klin obično se provjeravaju korištenjem autokolimatora s dvostrukim prolazom.
Sve veći prostor primjene za Er: staklene lasere nastavit će tjerati proizvođače optičkih komponenti da stvaraju lasersko staklo i premaze sve veće i veće preciznosti.Laserske aplikacije od 1540 nm i 1570 nm koje su sigurne za oči čine upotrebu sigurnijom, povećavaju samopouzdanje kroz estetske laserske postupke i poboljšavaju komunikaciju na daljinu.Najbolji dostupni savjet je da kada razvijate NIR laserski sustav;razgovarajte o svojim specifičnim potrebama primjene sa svojim dobavljačem komponenti radi smjernica u nijansiranom odabiru odgovarajućeg laserskog stakla i drugih komponenti.
Ovaj su članak napisali Cory Boone, vodeći inženjer tehničkog marketinga, Edmund Optics (Barrington, NJ) i Mike Middleton, voditelj operacija, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Više informacija o proizvodu možete posjetiti našu web stranicu:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Dodaj: No.23, Chaoyang cesta, Xihe ulica, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Vrijeme ažuriranja: 01. travnja 2022
