ایجاد شیشه با دقت بالا برای لیزرهای NIR- شیشه فسفات دوپ شده اربیوم (Er)

شیشه فسفات دوپ شده اربیوم (Er).خواص مفید بسیاری را نشان می دهد که منجر به افزایش تقاضا در سال های اخیر برای Er: لیزرهای شیشه ای برای کاربردهایی مانندطیف گسترده ای مانند فاصله یاب لیزری، ارتباطات از راه دور، پوست، و طیف سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS).تقویت کننده های فیبر اربیوم ارتباط سریع جهانی را در کابل ترانس پاسیفیک بین هنگ کنگ و لس آنجلس امکان پذیر می کنند. Er: فاصله یاب های لیزری شیشه ای به طور فزاینده ای درکاربردهای دفاعی و شناسایی، وEr: لیزرهای زیبایی شیشه ایدر حال جلب توجه برایاز بین بردن جای زخمو حتیدرمان ریزش موناشی از آلوپسی آندروژنتیک

این فضاهای کاربردی در حال رشد به شیشه لیزری با دقت بالا با تحمل ابعادی و پوشش های لیزری با قدرت بالا نیاز دارند.تلورانس‌های محدود به یکپارچه‌سازان سیستم اطمینان می‌دهد که قطعات را می‌توان به راحتی در سیستم‌های آن‌ها بدون هم‌ترازی زمان‌بر قرار داد، اما این مشخصات چالشی را برای تولیدکنندگان شیشه لیزری ایجاد می‌کند.کنترل فرآیند و تمرکز بر اندازه‌شناسی برای تولیدکنندگان شیشه لیزر لازم است تا اجزای مورد نیاز برای فضای رو به رشد اپتیک لیزر NIR را ایجاد کنند.

چرا شیشه دوپ شده با اربیوم؟

در چند دهه گذشته، پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری لیزر مبتنی بر فسفات از نظر بهبود توان خروجی، مدت زمان پالس کوتاه‌تر، کاهش اندازه سیستم و طول موج‌های عملیاتی جدید صورت گرفته است.لیزرهای شیشه ای Er: معمولاً در طول موج های ایمن 1540 نانومتر، 1550 نانومتر یا 1570 نانومتر ساطع می کنند که در فاصله یاب و سایر موقعیت هایی که افراد ممکن است در معرض پرتوها قرار بگیرند بسیار سودمند است.این طول موج ها از انتقال زیاد از طریق جو سود می برند.1540 نانومتر نیز حداقل جذب ملانین را تجربه می‌کند و لیزرهای شیشه‌ای Er: را برای کاربردهای لیزر زیبایی در بیماران با پوست‌های تیره‌تر بهینه می‌کند.

شکل 1. حالات انرژی اربیم.لیزرهای Er:glass معمولاً با لیزر 800 نانومتر یا 980 نانومتر پمپ می شوند و در 1540 نانومتر یا 1570 نانومتر ساطع می کنند.

شیشه فسفات به انتقال بالایی می رسد و می توان آن را با اتم های خاکی کمیاب مانند اربیوم و ایتربیوم دوپ کرد تا زمانی که در معرض طول موج پمپ 800 نانومتر یا 980 نانومتر قرار می گیرد بتواند به وارونگی جمعیت و لیزر برسد (شکل 1).ER: شیشه همچنین می تواند توسط فوتون ها در 1480 نانومتر پمپ شود، اما این نامطلوب است زیرا بازده را می توان با پمپاژ کاهش داد و انتشار تحریک شده در طول موج و باند انرژی مشابه را کاهش داد.[3]شیشه‌های فسفاته همچنین از پایداری شیمیایی و آستانه‌های آسیب ناشی از لیزر (LIDTs) بالا سود می‌برند، که شیشه‌های Er:شیشه و سایر شیشه‌های فسفات دوپ‌شده را کاندیدای ایده‌آلی برای رسانه‌های افزایش لیزر NIR می‌کند.

شیشه های فسفات حلالیت بالاتری در یون های خاکی کمیاب نسبت به شیشه های سیلیکات دارند که ساختار ماتریکسی سفت تری دارند.[1]با این حال، آنها دارای پهنای باند باریک تری نسبت به شیشه های سیلیکات هستند و کمی رطوبت سنجی هستند، به این معنی که رطوبت بیشتری را از هوا جذب می کنند.بنابراین، آنها محدود به کاربردهایی در پهنای باند و سیستم های خود هستند که در آن به اندازه کافی از رطوبت توسط پوشش ها یا سایر اپتیک ها محافظت می شوند.

تحمل سخت و کنترل فرآیند

بسیاری از کاربردهایی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، به ویژه برد یاب لیزری برای کاربردهای دفاعی، اغلب به اجزای کوچک Er: شیشه با تلرانس ابعادی بسیار تنگ نیاز دارند.این صفحات شیشه ای لیزری ریز جلا داده شده را می توان بدون نیاز به تراز در مجموعه ها انداخت.آنها می توانند به اندازه یک سیم کارت برسند و غالباً به دلیل کوچک بودن آنها دارای اریب نیستند (شکل 2).این باعث می شود که احتمال تراشیدن لبه بیشتر شود.دستیابی به موازی سازی دقیق و مشخصات کیفیت سطح در این اجزای کوچک می تواند فوق العاده چالش برانگیز باشد.دیافراگم شفاف یا بخشی از سطح نوری که باید تمام مشخصات را داشته باشد، اغلب نزدیک به 100 درصد است، جایی برای خطا در لبه‌های سطوح نوری باقی نمی‌گذارد.

شکل 2. صفحات شیشه ای Er:Glass مورد استفاده برای مسافت یاب لیزری و سایر کاربردهای لیزر NIR اغلب به اندازه یک سیم کارت معمولی یا کوچکتر هستند.

پس چرا این همه دردسر را پشت سر می گذارید؟راه حل های قبلی اغلب شامل مجموعه های فرعی بزرگتر از اجزای کریستالی متعدد متصل به نوار Nd: YAG بود.این اجزای اضافی می تواند شامل صفحات بروستر، جاذب های قابل اشباع برای سوئیچینگ غیرفعال Q یا کریستال های تبدیل فرکانس باشد.کریستال های تبدیل فرکانس در فاصله یاب یا سایر کاربردهای هوای آزاد مهم هستند زیرا طول موج انتشار نئودیمیم بسیار خطرناک تر از اربیوم است و باید قبل از انتقال ایمن در فواصل طولانی به طول موج بلندتری منتقل شود.

کاربردهای فاصله یاب اغلب نیاز به شوک و ارتعاش دارند که باعث می شود اتصال چندین جزء به یکدیگر و در عین حال رعایت تمام مشخصات دشوار باشد.حرکت از این طرح‌های قدیمی به یک قطعه صیقلی Er: شیشه که وظایف مشابهی را با پوشش‌های مختلف انجام می‌دهد، اندازه و هزینه سیستم را کاهش می‌دهد.کریستال های YAG اغلب در زاویه بروستر استفاده می شوند، اما همین اثر را می توان با استفاده از پوشش ها انجام داد.از آنجایی که دال های شیشه ای Er: به هر حال باید روکش شوند، افزودن این نوع پوشش برای بسته بندی هرچه بیشتر کارایی و صرفه جویی در هزینه در جای دیگر مفید است.

از آنجایی که شیشه‌های فسفات کمی رطوبت‌بین هستند، اگر شیشه Er: بدون پوشش برای چند روز در بیرون بماند، ممکن است تجزیه شود.کیفیت سطح باید قبل از پوشش کنترل شود تا از انتقال رطوبت به داخل شیشه جلوگیری شود.پوشش های رسوب شده بر روی سطوح صیقلی دال شیشه ای نهایی به محافظت از آنها در برابر این تخریب کمک می کند.

مشخصات متداول برای کوچک و دقیق Er: اسلب های شیشه ای کمتر از 5 قوس عمود برای لبه ها، کمتر از 10 ثانیه قوس عمود برای انتها، و کیفیت سطح بهتر از 10-5 حفاری خراش است.این مشخصات سخت نیازمند محیطی تمیز، فرآیندهای بسیار کنترل شده و حداقل زمان لمس است.

شیشه لیزری معمولاً فقط دارای دو سطح صیقلی در انتهای آن است در حالی که بقیه سطوح آسیاب شده اند، اما برخی از اضلاع این صفحات شیشه ای Er: نیز صیقلی هستند و تحمل بالایی دارند تا هم ترازی را ساده کنند.انتخاب این که کدام طرف ابتدا صیقل داده شود و پوشش داده شود، کدام طرف قبل یا بعد از قطعه قطعه کردن، و زمان استفاده از پولیش یک طرفه یا دو طرفه همگی هزینه و بازده را تعیین می کنند.تفاوت در بازده بین یک فرآیند ناآگاه و یک فرآیند بهینه شده توسط یک سازنده با تجربه می تواند به راحتی به اندازه ضریب سه باشد.

به منظور کاهش زمان لمس و بهبود عملکرد، بهینه است که تمام ساخت و پوشش‌ها در یک مکان واحد انجام شود.هر بار که قسمت نیمه تمام شده بین مکان های مختلف حمل می شود، احتمال آلودگی و آسیب به شدت افزایش می یابد، همراه با زمان صف اضافی.

پوشش های چندگانه با درب بالا

یکی از چالش‌های تولید دال‌های شیشه‌ای Er:Glass برای فاصله‌یابی و سایر کاربردهای دقیق NIR این است که چندین پوشش اغلب بر روی وجوه مختلف قطعه قرار می‌گیرند.این امر به دلیل تثبیت و محافظت از سطوح بکر بدون پوشش قبل از پوشش دشوار است.همچنین برای سازندگان چالشی است که از اسپری بیش از حد یا ضربه زدن در قسمت پشتی دال که باید در هنگام پوشش محافظت شود، اجتناب کنند.انتهای آن دارای پوشش‌های ضد بازتاب (AR) با آستانه آسیب ناشی از لیزر (LIDTs) بالا است.لبه ها همچنین دارای پوشش های LIDT AR بالا هستند تا پرتو پمپ را وارد کنند.قدرت پمپ همیشه بالاتر از قدرت انتشار است.برخی از دال‌های چهار وجهی حتی دارای پوشش‌های اضافی برای آینه‌های حفره‌ای با بازتاب بالا، تمایز طول موج و دفع نور پمپ هستند.

مترولوژی: اگر نتوانید آن را اندازه گیری کنید، نمی توانید آن را بسازید

دقت تولید و کنترل فرآیند بدون اندازه‌شناسی مناسب مورد نیاز برای اندازه‌گیری و تأیید مشخصات کلیدی بی‌فایده است.تداخل‌سنج‌های لیزری، مانند تأییدکننده ZYGO، اغلب برای اندازه‌گیری صافی استفاده می‌شوند، اما هنگام اندازه‌گیری دال‌های شیشه‌ای Er:Glass، سطح پشتی به دلیل مشخصات موازی‌سازی سخت، شروع به تداخل در اندازه‌گیری‌های سطح جلویی می‌کند.اپراتورها می توانند با استفاده از وازلین یا ماده دیگری روی سطح پشتی این مشکل را برطرف کنند، اما این سطح باید دوباره تمیز شود و احتمال آسیب به اجزا افزایش می یابد.با این حال، پیشرفت‌های اخیر در اندازه‌گیری صافی، اثرات سطح پشتی را از بین می‌برد و اجازه می‌دهد اندازه‌گیری صافی سریع‌تر و با احتمال آسیب کمتر انجام شود.تراشه‌های روی لبه‌های دال‌ها می‌توانند از اندازه‌گیری دقیق صافی توسط اپراتورها جلوگیری کنند که این امر کنترل فرآیند در طول ساخت را مهم‌تر می‌کند.عمود بودن و گوه معمولاً با استفاده از اتوکلیماتور دو گذر تأیید می شوند.

فضای رو به رشد کاربرد لیزرهای شیشه ای Er: به تولیدکنندگان قطعات نوری برای ایجاد شیشه ها و پوشش های لیزری با دقت بالاتر و بالاتر ادامه خواهد داد.کاربردهای لیزری ایمن 1540 و 1570 نانومتری به ایمن‌تر شدن استفاده، افزایش اعتماد به نفس از طریق روش‌های لیزر زیبایی و بهبود ارتباطات از راه دور کمک می‌کنند.بهترین توصیه موجود این است که هنگام توسعه یک سیستم لیزر NIR;برای راهنمایی در انتخاب دقیق شیشه لیزر مناسب و سایر اجزا، نیازهای برنامه خاص خود را با تامین کننده قطعات خود در میان بگذارید.

این مقاله توسط کوری بون، مهندس ارشد فنی بازاریابی، Edmund Optics (Barrington، NJ) و Mike Middleton، مدیر عملیات، Edmund Optics Florida (Oldsmar، FL) نوشته شده است.

اطلاعات بیشتر محصول، می توانید به وب سایت ما مراجعه کنید:

https://www.erbiumtechnology.com/

پست الکترونیک:devin@erbiumtechnology.com

واتس اپ: +86-18113047438

فکس: +86-2887897578

اضافه کنید: شماره 23، جاده چائویانگ، خیابان Xihe، منطقه Longquanyi، چنگدو، 610107، چین.