Nutizie - Perchè usemu u cristallu Nd: YAG cum'è mezu di guadagnu in u laser DPSS?

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Chì ghjè un Mediu di Guadagnu Laser?

Un mezu di guadagnu laser hè un materiale chì amplifica a luce per emissione stimulata. Quandu l'atomi o e molecule di u mezu sò eccitati à livelli d'energia più alti, ponu emette fotoni di una lunghezza d'onda particulare quandu tornanu à un statu d'energia più bassu. Stu prucessu amplifica a luce chì passa per u mezu, chì hè fundamentale per u funziunamentu di u laser.

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Chì ghjè u Mediu di Guadagnu Usuale?

U mediu di guadagnu pò esse variatu, cumpresegasi, liquidi (coloranti), solidi(cristalli o vetri drogati cù ioni di terre rare o metalli di transizione) è semiconduttori.Laser à statu solidu, per esempiu, spessu utilizanu cristalli cum'è Nd: YAG (granatu d'aluminiu d'itriu drogatu cù neodimio) o vetri drogati cù elementi di terre rare. I laser à coloranti utilizanu coloranti organici dissolti in solventi, è i laser à gas utilizanu gasi o miscele di gasi.

Barre laser (da manca à diritta): Rubinu, Alessandrite, Er:YAG, Nd:YAG

E differenze trà Nd (Neodimio), Er (Erbium) è Yb (Itterbium) cum'è mezi di guadagnu

si riferiscenu principalmente à e so lunghezze d'onda d'emissione, à i meccanismi di trasferimentu d'energia è à l'applicazioni, in particulare in u cuntestu di i materiali laser drogati.

Lunghezze d'onda di emissione:

- Er: L'erbiu emette tipicamente à 1,55 µm, chì hè in a regione sicura per l'ochji è assai utile per l'applicazioni di telecomunicazioni per via di a so bassa perdita in e fibre ottiche (Gong et al., 2016).

- Yb: L'itterbiu emette spessu circa 1,0 à 1,1 µm, ciò chì u rende adattatu per una vasta gamma di applicazioni, cumpresi laser è amplificatori di alta putenza. L'ytterbiu hè spessu adupratu cum'è sensibilizatore per l'eru per migliurà l'efficienza di i dispositivi drogati cù l'eru trasferendu l'energia da l'ytterbiu à l'eru.

- Nd: I materiali dopati cù neodimio emettenu tipicamente circa 1,06 µm. Nd:YAG, per esempiu, hè cunnisciutu per a so efficienza è hè largamente utilizatu sia in i laser industriali sia in quelli medichi (Y. Chang et al., 2009).

Meccanismi di Trasferimentu d'Energia:

- Co-doping di Er è Yb: U co-doping di Er è Yb in un mezu ospitante hè beneficu per migliurà l'emissione in a gamma 1,5-1,6 µm. Yb agisce cum'è un sensibilizatore efficiente per Er assorbendu a luce di pompa è trasferendu energia à l'ioni Er, purtendu à un'emissione amplificata in a banda di telecomunicazioni. Stu trasferimentu d'energia hè cruciale per u funziunamentu di l'amplificatori di fibra drogati cù Er (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).

- Nd: Nd ùn richiede micca tipicamente un sensibilizatore cum'è Yb in i sistemi dopati cù Er. L'efficienza di Nd deriva da a so assorbimentu direttu di a luce di pompa è da l'emissione successiva, ciò chì ne face un mezu di guadagnu laser simplice è efficiente.

Applicazioni:

- Ehm:Principalmente adupratu in telecomunicazioni per via di a so emissione à 1,55 µm, chì coincide cù a finestra di perdita minima di e fibre ottiche di silice. I mezi di guadagnu dopati cù Er sò critichi per l'amplificatori ottici è i laser in i sistemi di cumunicazione in fibra ottica à longa distanza.

- Yb:Spessu adupratu in applicazioni di alta putenza per via di a so struttura elettronica relativamente simplice chì permette un pompaggio efficiente di diodi è una putenza elevata. I materiali dopati cù Yb sò ancu aduprati per migliurà e prestazioni di i sistemi dopati cù Er.

- NdBen adattatu per una vasta gamma di applicazioni, da u tagliu industriale è a saldatura à i laser medichi. I laser Nd: YAG sò particularmente apprezzati per a so efficienza, putenza è versatilità.

Perchè avemu sceltu Nd:YAG cum'è u mediu di guadagnu in u laser DPSS

Un laser DPSS hè un tipu di laser chì usa un mezu di guadagnu à statu solidu (cum'è Nd: YAG) pompatu da un diodu laser à semiconduttore. Sta tecnulugia permette laser compatti è efficienti capaci di pruduce fasci di alta qualità in u spettru visibile à infrarossu. Per un articulu dettagliatu, pudete cunsiderà di circà in basi di dati scientifiche o editori reputati recensioni cumplete nantu à a tecnulugia laser DPSS.

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Nd:YAG hè spessu adupratu cum'è mezu di guadagnu in i moduli laser pompati à semiconduttori per parechje ragioni, cum'è evidenziatu da diversi studii:

1. Alta efficienza è putenza di uscitaUn cuncepimentu è simulazioni di un modulu laser Nd:YAG pompato lateralmente da diodi anu dimustratu una efficienza significativa, cù un laser Nd:YAG pompato lateralmente da diodi chì furnisce una putenza media massima di 220 W mantenendu un'energia costante per impulsu in una larga gamma di frequenza. Questu indica l'alta efficienza è u putenziale per una putenza elevata di i laser Nd:YAG quandu pompati da diodi (Lera et al., 2016).
2. Flessibilità operativa è affidabilitàA ceramica Nd:YAG hè stata dimustrata per funziunà efficacemente à diverse lunghezze d'onda, cumprese lunghezze d'onda sicure per l'ochji, cù una alta efficienza ottica-ottica. Questu dimostra a versatilità è l'affidabilità di Nd:YAG cum'è mezu di guadagnu in diverse applicazioni laser (Zhang et al., 2013).
3. Longevità è qualità di u fasciuA ricerca annantu à un laser Nd:YAG assai efficiente, pompatu à diodi, hà messu in risaltu a so longevità è e so prestazioni consistenti, indicendu l'adeguatezza di Nd:YAG per applicazioni chì richiedenu fonti laser durevuli è affidabili. U studiu hà riportatu un funziunamentu estesu cù più di 4,8 x 10^9 scatti senza danni ottici, mantenendu una qualità eccellente di u fasciu (Coyle et al., 2004).
4. Funzionamentu à onda cuntinua assai efficiente:Studi anu dimustratu u funziunamentu à onda cuntinua (CW) assai efficiente di i laser Nd:YAG, mettendu in risaltu a so efficacia cum'è mezu di guadagnu in i sistemi laser pompati à diodi. Ciò include l'ottenimentu di alte efficienze di cunversione ottica è efficienze di pendenza, attestantendu ulteriormente l'adeguatezza di Nd:YAG per applicazioni laser ad alta efficienza (Zhu et al., 2013).

A cumbinazione di alta efficienza, putenza, flessibilità operativa, affidabilità, longevità è eccellente qualità di u fasciu face di Nd: YAG un mezu di guadagnu preferitu in i moduli laser pompati à semiconduttori per una vasta gamma di applicazioni.

Riferimentu

Chang, Y., Su, K., Chang, H., & Chen, Y. (2009). Laser Q-switched compactu è efficiente, sicuru per l'ochji à 1525 nm cù un cristallu Nd:YVO4 ligatu à a diffusione à doppia estremità cum'è mezu auto-Raman. Optics Express, 17(6), 4330-4335.

Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., & Huang, Y. (2016). Crescita è proprietà spettroscopiche di u cristallu Er:Yb:KGd(PO3)_4 cum'è un mezu promettente di guadagnu laser di 155 µm. Optical Materials Express, 6, 3518-3526.

Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). Modellu basatu annantu à l'esperimentu di u mezu di guadagnu Er/Yb per amplificatori di fibra è laser. Journal of the Optical Society of America B.

Lera, R., Valle-Brozas, F., Torres-Peiró, S., Ruiz-de-la-Cruz, A., Galán, M., Bellido, P., Seimetz, M., Benlloch, J., & Roso, L. (2016). Simulazioni di u prufilu di guadagnu è e prestazioni di un laser QCW Nd:YAG à pompa laterale diode. Ottica Applicata, 55 (33), 9573-9576.

Zhang, H., Chen, X., Wang, Q., Zhang, X., Chang, J., Gao, L., Shen, H., Cong, Z., Liu, Z., Tao, X., & Li, P. (2013). Laser ceramicu Nd:YAG d'alta efficienza è sicuru per l'ochji chì funziona à 1442,8 nm. Optics Letters, 38(16), 3075-3077.

Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P., & Poulios, D. (2004). Laser Nd:YAG pompato à diodi efficiente, affidabile, di longa durata per l'altimetria topografica di a vegetazione spaziale. Applied Optics, 43(27), 5236-5242.

Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., & Duan, Y. (2013). Laser ceramici Nd:YAG à onda cuntinua assai efficienti à 946 nm. Laser Physics Letters, 10.

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