Vidre de fosfat dopat amb Erbi (Er).presenta moltes propietats beneficioses, la qual cosa ha provocat un augment de la demanda en els últims anys d'Er: làsers de vidre per a aplicacions comd'ampli abast com ara la cerca de distància làser, les comunicacions de llarga distància, la dermatologia i l'espectroscòpia de ruptura induïda per làser (LIBS).Els amplificadors de fibra d'erbi permeten una comunicació global ràpida al cable transpacífic entre Hong Kong i Los Angeles, Er: els telèmetres làser de vidre s'utilitzen cada cop més aaplicacions de defensa i reconeixement, iEr: làsers estètics de vidreestan guanyant força pereliminació de cicatriusi fins i tottractar la caiguda del cabellcausada per alopècia androgenètica.
Aquests espais d'aplicació en creixement requereixen un vidre làser d'alta precisió amb toleràncies dimensionals exigents i recobriments làser d'alta potència.Les toleràncies estrictes donen als integradors de sistemes la confiança que els components es poden col·locar fàcilment als seus sistemes sense una alineació que requereix molt de temps, però aquestes especificacions representen un repte per als fabricants de vidre làser.Els fabricants de vidre làser requereixen un control de processos i un enfocament en la metrologia per crear els components exigents necessaris per al creixent espai d'òptica làser NIR.
PER QUÈ VIDRE DOPAT AMB ERBI?
En les últimes dècades, s'han fet avenços significatius en la tecnologia làser basada en fosfat en termes de potència de sortida millorada, durada de pols més curta, mida del sistema reduïda i noves longituds d'ona de funcionament.Els làsers Er:glass solen emetre longituds d'ona segures per als ulls de 1540 nm, 1550 nm o 1570 nm, la qual cosa és molt beneficiosa per a la determinació de la distància i altres situacions en què les persones poden estar exposades als raigs.Aquestes longituds d'ona es beneficien de l'alta transmissió a través de l'atmosfera.1540nm també experimenta una absorció mínima per part de la melanina, cosa que fa que els làsers de vidre Er: òptims per a aplicacions làser estètiques en pacients amb complexió més fosca.
Figura 1. Estats energètics de l'erbi.Els làsers Er:glass solen ser bombejats amb un làser de 800 nm o 980 nm i emeten a 1540 nm o 1570 nm.
El vidre de fosfat assoleix altes transmissions i es pot dopar amb àtoms de terres rares com l'erbi i l'iterbi, de manera que pugui assolir la inversió de la població i el làser quan s'exposa a una longitud d'ona de la bomba de 800 nm o 980 nm (figura 1).Er: el vidre també podria ser bombejat per fotons a 1480 nm, però això no és desitjable perquè l'eficiència es podria reduir mitjançant el bombeig i l'emissió estimulada que es produeix en la mateixa longitud d'ona i banda d'energia.[3]Els vidres de fosfat també es beneficien de l'estabilitat química i dels alts llindars de dany induïts per làser (LIDT), fent que Er:glass i altres vidres de fosfat dopats siguin candidats ideals per a mitjans de guany làser NIR.
Els vidres de fosfat tenen una solubilitat més alta dels ions de terres rares que els de silicat, que presenten una estructura de matriu més rígida.[1]No obstant això, presenten un ample de banda més estret que els vidres de silicat i són lleugerament higroscòpics, el que significa que absorbeixen més humitat de l'aire.Per tant, es limiten a aplicacions en el seu ample de banda i sistemes on estaran prou protegits de la humitat mitjançant recobriments o altres òptiques.
TOLERÀNCIES ESTRICTES I CONTROL DE PROCÉS
Moltes de les aplicacions comentades anteriorment, especialment la detecció de distància làser per a aplicacions de defensa, sovint requereixen components petits Er: vidre amb toleràncies dimensionals extremadament ajustades.Aquestes lloses de vidre làser finament polides es poden deixar caure en conjunts amb poca o cap alineació necessària.Poden arribar a la mida d'una targeta SIM i sovint no presenten bisells perquè són tan petits (figura 2).Això fa que sigui més probable que s'espatllin les vores.Aconseguir un paral·lelisme estricte i especificacions de qualitat superficial en aquests components petits pot ser un repte increïble.L'obertura clara, o porció de la superfície òptica que ha de complir totes les especificacions, sovint és gairebé el 100%, deixant poc o cap marge d'error al voltant de les vores de les superfícies òptiques.
Figura 2. Les plaques d'Er:vidre que s'utilitzen per a la telemetria làser i altres aplicacions làser NIR solen tenir la mida d'una targeta SIM comuna o més petites.
Aleshores, per què passar per tots aquests problemes?Les solucions anteriors sovint implicaven subconjunts més grans de múltiples components de cristall units a una barra Nd: YAG.Aquests components addicionals podrien incloure plaques Brewster, absorbents saturables per a la commutació Q passiva o cristalls de conversió de freqüència.Els cristalls de conversió de freqüència són importants en el telèmetre o altres aplicacions a l'aire lliure perquè la longitud d'ona d'emissió del neodimi és molt més perillosa que l'erbi i s'ha de canviar a una longitud d'ona més llarga abans que es pugui transmetre de manera segura a llargues distàncies.
Les aplicacions de telèmetre sovint tenen un requisit de xoc i vibració, cosa que dificulta la unió de diversos components alhora que compleixen totes les especificacions.Passar d'aquests dissenys antics a una única peça polida d'Er: vidre realitzant les mateixes tasques amb diversos recobriments va reduir la mida i el cost del sistema.Els cristalls YAG s'utilitzen sovint a l'angle de Brewster, però el mateix efecte es pot aconseguir mitjançant l'ús de recobriments.Com que les lloses d'Er:vidre s'han de revestir de totes maneres, és beneficiós afegir aquest tipus de recobriment per incorporar la màxima funcionalitat possible i estalviar costos en altres llocs.
Com que els vidres de fosfat són lleugerament higroscòpics, si no estan recoberts Er: el vidre es deixa a l'exterior durant diversos dies es pot degradar.La qualitat de la superfície s'ha de controlar abans del recobriment per evitar que la humitat entri al vidre.Els recobriments dipositats a les superfícies polides de la llosa de vidre final ajuden a protegir-les d'aquesta degradació.
Especificacions comunes per a Er petit i d'alta precisió: les lloses de vidre són <5 arcmin de perpendicularitat per a les vores, <10 arcseg de perpendicularitat per als extrems i una qualitat de superfície millor que 10-5 scratch excavation.Aquestes especificacions exigents requereixen un entorn net, processos altament controlats i temps de tacte minimitzat.
El vidre làser normalment només té dues superfícies polides als extrems, mentre que la resta de superfícies estan rectificades, però alguns dels costats d'aquests Er: les lloses de vidre també estan polides i amb una gran tolerància per simplificar l'alineació.L'elecció de quins costats polir i recobrir primer, quins costats polir abans o després de tallar daus i quan utilitzar el poliment d'una sola cara o de doble cara determina el cost i el rendiment.La diferència de rendiment entre un procés no informat i un procés optimitzat per un fabricant experimentat pot ser fàcilment tan gran com un factor de tres.
Per tal de reduir el temps de tacte i millorar els rendiments, és òptim que tota la fabricació i el recobriment es realitzin en un sol lloc.Cada vegada que la peça parcialment acabada s'envia entre diferents ubicacions, la probabilitat de contaminació i danys augmenta considerablement, juntament amb el temps de cua addicional.
MÚLTIPLES RECOBRIMENTS D'ALTA LIMITADA
Un dels reptes de la fabricació de petites plaques Er:vidre per a la determinació de la distància i altres aplicacions NIR de precisió és que sovint es dipositen múltiples recobriments en diferents facetes del component.Això és difícil a causa de la fixació necessària i la protecció de les superfícies sense recobrir abans del recobriment.També és un repte per als fabricants evitar l'excés de polvorització o el buit a la part posterior de la llosa, que s'ha de protegir durant el recobriment.Els extrems presenten recobriments antireflectants (AR) amb alts llindars de dany induïts per làses (LIDT).Les vores també presenten recobriments d'alta LIDT AR per deixar entrar el feix de la bomba.La potència de la bomba és sempre superior a la de l'emissió.Algunes lloses de quatre cares fins i tot tenen recobriments addicionals per a miralls de cavitat d'alta reflectivitat integrats, discriminació de longitud d'ona i rebuig de la llum de bomba.
METROLOGIA: SI NO POTS MESURAR-HO NO POTS FER
La precisió de fabricació i el control del procés són inútils sense la metrologia adequada necessària per mesurar i verificar correctament les especificacions clau.Els interferòmetres làser, com ara un verificador ZYGO, s'utilitzen sovint per mesurar la planitud, però quan es mesuren petites plaques Er:vidre, la superfície posterior comença a interferir amb les mesures de la superfície frontal a causa de l'especificació de paral·lelisme exigent.Els operadors poden evitar-ho aplicant vaselina o una altra substància a la superfície posterior, però aquesta superfície s'ha de tornar a netejar i augmenta la probabilitat de danys als components.Tanmateix, els avenços recents en la mesura de la planitud eliminen els efectes de la superfície posterior i permeten que les mesures de la planitud es facin més ràpidament i amb menys probabilitat de danys.Els xips a les vores de les lloses poden evitar que els operadors mesuren amb precisió la planitud, cosa que fa que el control del procés durant la fabricació sigui encara més important.La perpendicularitat i la falca normalment es verifiquen mitjançant un autocolimador de doble passada.
L'espai d'aplicació creixent dels làsers de vidre Er: seguirà impulsant els fabricants de components òptics a crear vidre i recobriments làser de més i més precisió.Les aplicacions làser segures per als ulls de 1540 nm i 1570 nm ajuden a fer un ús més segur, augmentar la confiança mitjançant procediments làser estètics i millorar les comunicacions de llarga distància.El millor consell disponible és que quan es desenvolupi un sistema làser NIR;discutiu les vostres necessitats específiques d'aplicació amb el vostre proveïdor de components per obtenir orientació per navegar per la selecció matisada de vidre làser adequat i altres components.
Aquest article ha estat escrit per Cory Boone, enginyer tècnic de màrqueting principal, Edmund Optics (Barrington, NJ) i Mike Middleton, director d'operacions, Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Més informació del producte, podeu venir a visitar el nostre lloc web:
https://www.erbiumtechnology.com/
Correu electrònic:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Afegiu: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Xina.
Hora d'actualització: abril-01-2022
