dfbf

Het creëren van uiterst nauwkeurig glas voor NIR-lasers - Erbium (Er) gedoteerd fosfaatglas

Het creëren van uiterst nauwkeurig glas voor NIR-lasers - Erbium (Er) gedoteerd fosfaatglas

Erbium (Er) gedoteerd fosfaatglasvertoont veel gunstige eigenschappen, wat de afgelopen jaren heeft geleid tot een grotere vraag naar Er: glaslasers voor toepassingen alsbreed als laserafstandsmeting, langeafstandscommunicatie, dermatologie en laser-geïnduceerde storingsspectroscopie (LIBS).Erbium-glasvezelversterkers maken snelle wereldwijde communicatie mogelijk in de transpacific-kabel tussen Hong Kong en Los Angeles, Er: glazen laserafstandsmeters worden steeds vaker gebruikt indefensietoepassingen en verkenning, EnEh: glazen esthetische laserskrijgen grip oplittekens verwijderenen zelfshaaruitval behandelenveroorzaakt door alopecia androgenetica.

Deze groeiende toepassingsgebieden vereisen uiterst nauwkeurig laserglas met veeleisende maattoleranties en krachtige lasercoatings.Nauwe toleranties geven systeemintegrators het vertrouwen dat de componenten gemakkelijk in hun systemen kunnen worden geplaatst zonder tijdrovende uitlijning, maar deze specificaties vormen een uitdaging voor fabrikanten van laserglas.Procesbeheersing en een focus op metrologie zijn vereist voor fabrikanten van laserglas om de veeleisende componenten te creëren die nodig zijn voor de groeiende ruimte voor NIR-laseroptica.

WAAROM ERBIUM GEDOPEERD GLAS ?

In de afgelopen decennia zijn er aanzienlijke vorderingen gemaakt in op fosfaat gebaseerde lasertechnologie in termen van verbeterd uitgangsvermogen, kortere pulsduur, kleinere systeemomvang en nieuwe operationele golflengten.Er: glaslasers zenden gewoonlijk uit op de oogveilige golflengten van 1540 nm, 1550 nm of 1570 nm, wat zeer nuttig is bij afstandsmeting en andere situaties waarin mensen kunnen worden blootgesteld aan de stralen.Deze golflengten profiteren van een hoge transmissie door de atmosfeer.1540nm ervaart ook minimale absorptie door melanine, waardoor Er: glaslasers optimaal zijn voor esthetische lasertoepassingen bij patiënten met een donkere huidskleur.

 

Precisieglas maken (2)

Figuur 1. Energietoestanden van erbium.Er:glass lasers worden typisch gepompt met een 800nm ​​of 980nm laser en zenden uit op 1540nm of 1570nm.

 

Fosfaatglas bereikt hoge transmissies en kan worden gedoteerd met zeldzame-aarde-atomen zoals erbium en ytterbium, zodat het populatie-inversie en laser kan bereiken wanneer het wordt blootgesteld aan een pompgolflengte van 800 nm of 980 nm (Afbeelding 1).Er: glas zou ook kunnen worden gepompt door fotonen op 1480nm, maar dit is onwenselijk omdat de efficiëntie kan worden verlaagd door te pompen en emissie te stimuleren die optreedt in dezelfde golflengte en energieband.[3]Fosfaatglazen profiteren ook van de chemische stabiliteit en hoge laser-geïnduceerde schadedrempels (LIDT's), waardoor Er:glas en andere gedoopte fosfaatglazen ideale kandidaten zijn voor NIR-laserversterkingsmedia.

Fosfaatglazen hebben een hogere oplosbaarheid van zeldzame aardmetalen dan silicaatglazen, die een stijvere matrixstructuur hebben.[1]Ze hebben echter een smallere bandbreedte dan silicaatglazen en zijn enigszins hygroscopisch, wat betekent dat ze meer vocht uit de lucht opnemen.Daarom zijn ze beperkt tot toepassingen in hun bandbreedte en systemen waar ze voldoende worden beschermd tegen vocht door coatings of andere optica.

STRAKKE TOLERANTIES EN PROCESCONTROLE

Veel van de eerder besproken toepassingen, met name laserafstandsmeting voor defensietoepassingen, vereisen vaak kleine Er: glascomponenten met extreem nauwe maattoleranties.Deze fijngepolijste platen laserglas kunnen vervolgens in assemblages worden neergezet met weinig tot geen uitlijning.Ze kunnen zo groot worden als een simkaart en hebben vaak geen schuine randen omdat ze zo klein zijn (afbeelding 2).Hierdoor is de kans op afbrokkelen van de randen groter.Het kan een enorme uitdaging zijn om nauwkeurige specificaties voor parallelliteit en oppervlaktekwaliteit te bereiken op deze kleine componenten.De vrije opening, of het gedeelte van het optische oppervlak dat aan alle specificaties moet voldoen, is vaak bijna 100%, waardoor er weinig tot geen ruimte is voor fouten rond de randen van optische oppervlakken.

 

Precisieglas maken (1)

 

Afbeelding 2. Er:glasplaten die worden gebruikt voor laserafstandsmeting en andere NIR-lasertoepassingen zijn vaak zo groot als een gewone simkaart of kleiner.

 

Dus waarom al deze moeite doen?Eerdere oplossingen betroffen vaak grotere subassemblages van meerdere kristalcomponenten die aan een Nd:YAG-balk waren bevestigd.Deze aanvullende componenten kunnen Brewster-platen, verzadigbare absorbers voor passieve Q-switching of frequentieconversiekristallen zijn.Frequentieconversiekristallen zijn belangrijk in afstandsmeters of andere toepassingen in de open lucht, omdat de emissiegolflengte van neodymium veel gevaarlijker is dan erbium en moet worden verschoven naar een langere golflengte voordat het veilig over lange afstanden kan worden verzonden.

Afstandsmetertoepassingen hebben vaak een schok- en trillingsvereiste, wat het moeilijk maakt om meerdere componenten aan elkaar te hechten terwijl ze aan alle specificaties voldoen.Overstappen van deze oude ontwerpen naar een enkel, gepolijst stuk Er: glas dat dezelfde taken uitvoert met verschillende coatings, verminderde de systeemomvang en kosten.YAG-kristallen worden vaak gebruikt in de hoek van Brewster, maar hetzelfde effect kan worden bereikt door coatings te gebruiken.Aangezien Er:glass-platen toch moeten worden gecoat, is het gunstig om dit type coating toe te voegen om zoveel mogelijk functionaliteit in te pakken en elders kosten te besparen.

Omdat fosfaatglazen enigszins hygroscopisch zijn, kan het, indien ongecoat Er: glas dat meerdere dagen buiten staat, verslechteren.De oppervlaktekwaliteit moet voorafgaand aan het coaten worden gecontroleerd om te voorkomen dat vocht in het glas trekt.Coatings die op de gepolijste oppervlakken van de uiteindelijke glasplaat worden aangebracht, helpen deze tegen deze degradatie te beschermen.

Gemeenschappelijke specificaties voor kleine, zeer nauwkeurige Er: glasplaten zijn <5 boogmin loodrechtheid voor de randen, <10 boogseconden loodrechtheid voor de uiteinden, en een oppervlaktekwaliteit beter dan 10-5 scharrelgraven.Deze veeleisende specificaties vereisen een schone omgeving, sterk gecontroleerde processen en minimale aanraaktijd.

Laserglas heeft normaal gesproken slechts twee gepolijste oppervlakken aan de uiteinden, terwijl de rest van de oppervlakken is geslepen, maar sommige zijkanten van deze Er:-glasplaten zijn ook gepolijst en hebben hoge toleranties om de uitlijning te vereenvoudigen.De keuze welke zijden eerst moeten worden gepolijst en gecoat, welke zijden moeten worden gepolijst voor of na het snijden, en wanneer enkelzijdig of dubbelzijdig polijsten moet worden gebruikt, zijn allemaal bepalend voor de kosten en het rendement.Het verschil in opbrengst tussen een ongeïnformeerd proces en een door een ervaren fabrikant geoptimaliseerd proces kan al snel een factor drie bedragen.

Om de aanraaktijd te verkorten en de opbrengst te verbeteren, is het optimaal om alle productie en coating op één locatie te laten uitvoeren.Elke keer dat het gedeeltelijk voltooide onderdeel tussen verschillende locaties wordt verzonden, neemt de kans op verontreiniging en schade enorm toe, samen met extra wachttijd.

MEERDERE HIGH-LIDT COATINGS

Een uitdaging bij het vervaardigen van kleine Er:glasplaten voor afstandsbepaling en andere nauwkeurige NIR-toepassingen is dat er vaak meerdere coatings op verschillende facetten van het onderdeel worden afgezet.Dit is moeilijk vanwege de vereiste bevestiging en bescherming van ongerepte ongecoate oppervlakken vóór het coaten.Ook voor fabrikanten is het een uitdaging om overspray of blow-by aan de achterzijde van de plaat, die tijdens het coaten moet worden beschermd, te voorkomen.De uiteinden zijn voorzien van anti-reflecterende (AR) coatings met hoge door laser veroorzaakte schadedrempels (LIDT's).De randen zijn ook voorzien van hoge LIDT AR-coatings om de pompstraal binnen te laten.Het pompvermogen is altijd hoger dan dat van de emissie.Sommige vierzijdige platen hebben zelfs extra coatings voor ingebouwde spouwspiegels met hoge reflectie, golflengtediscriminatie en pomplichtafwijzing.

METROLOGIE: ALS JE HET NIET KUNT METEN, KUNT JE HET NIET MAKEN

Productieprecisie en procescontrole zijn nutteloos zonder de juiste metrologie die nodig is om belangrijke specificaties correct te meten en te verifiëren.Laserinterferometers, zoals een ZYGO Verifier, worden vaak gebruikt om vlakheid te meten, maar bij het meten van kleine Er:glasplaten begint het achteroppervlak te interfereren met metingen van het vooroppervlak vanwege de veeleisende parallelliteitsspecificatie.Operators kunnen dit omzeilen door vaseline of een andere substantie op het achteroppervlak aan te brengen, maar dit oppervlak moet dan opnieuw worden schoongemaakt en de kans op schade aan onderdelen wordt groter.Recente ontwikkelingen in vlakheidsmetingen elimineren echter effecten van het achteroppervlak en maken het mogelijk om vlakheidsmetingen sneller en met minder kans op schade uit te voeren.Door schilfers aan de randen van de platen kunnen operators de vlakheid niet nauwkeurig meten, waardoor procesbeheersing tijdens de fabricage nog belangrijker wordt.Loodrechtheid en wig worden doorgaans geverifieerd met behulp van een autocollimator met dubbele doorgang.

De groeiende toepassingsruimte voor Er: glaslasers zal fabrikanten van optische componenten blijven dwingen laserglas en coatings met steeds hogere precisie te maken.Oogveilige lasertoepassingen van 1540 nm en 1570 nm helpen het gebruik veiliger te maken, het vertrouwen te vergroten door middel van esthetische laserprocedures en communicatie over lange afstanden te verbeteren.Het beste beschikbare advies is dat bij het ontwikkelen van een NIR-lasersysteem;bespreek uw specifieke toepassingsbehoeften met uw componentleverancier voor begeleiding bij het navigeren door de genuanceerde selectie van het juiste laserglas en andere componenten.

Dit artikel is geschreven door Cory Boone, Lead Technical Marketing Engineer, Edmund Optics (Barrington, NJ) en Mike Middleton, Operations Manager, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).

 

Meer productinformatie, u kunt onze website bezoeken:

https://www.erbiumtechnology.com/

E-mailadres:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Telefax: +86-2887897578

Toevoegen: nr. 23, Chaoyang-weg, Xihe-straat, Longquanyi-district, Chengdu, 610107, China.


Updatetijd: 01-04-2022