Nd: YAG Laser tinh thể được phát triển không lâu sau khi phát hiện ra tia laser ruby trong những năm 1960. Trong tất cả các tinh thể laser trạng thái rắn, nó đã đứng trước thử thách của thời gian tốt nhất. Tăng cao, độ rộng vạch phổ hẹp, ngưỡng thấp và tính chất vật lý làm cho nó một vật liệu laser linh hoạt nhất cho một loạt các ứng dụng. Các Nd ở khắp mọi nơi: YAG laser đã đóng nhiều vai trò trong những năm qua. Đối với quân đội, nó đã cung cấp rangefinding và mục tiêu khả năng chỉ định. Khi được sử dụng với ống kính quang học phi tuyến hoặc như một nguồn bơm cho laser khác, nó cho phép người dùng khoa học đa dạng ở định dạng độ rộng xung và phát laser bước sóng. Các ứng dụng khác bao gồm dùng thuốc (da liễu và nhãn khoa), chế biến vật liệu (cắt, tỉa, hàn và làm sạch bề mặt) và thiết bị thương mại (ablation, quang phổ, đánh dấu, kiểm tra không phá hủy và thấy ánh sáng). Nd: YAG laser và phiên bản hài của họ được sử dụng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt đối với cảm biến từ xa, cổng hình ảnh chiếu sáng, độ sâu, đại dương và các nghiên cứu khí quyển, và nhiều ứng dụng thực tế khác mà yêu cầu nhỏ gọn, nguồn gồ ghề. Trong một số lĩnh vực ứng dụng, Nd: YAGs cạnh tranh với các kỹ thuật nonphotonic và laser khác, chẳng hạn như CO2 và diode laser năng lượng cao. Nhưng Nd: YAG cung cấp một phạm vi ứng dụng rộng hơn, phần lớn vì tính chất đặc biệt của nó và bởi vì nó là một trong số ít các tia laser mà hoạt động hiệu quả với một trong hai flashlamp hoặc bơm diode và ở xung hoặc sóng liên tục (CW) chế độ. Các tinh Nd: YAG là một con người tạo ra khối tinh thể garnet (Nd: Y3Al5O12) được trồng theo phương pháp Czochralski. Một hợp chất bột oxit có độ tinh khiết cao nhôm, yttrium và neodymium (các ion dopant hoạt động mà thay vào trang web yttrium với một mức độ doping của khoảng 1 phần trăm) lần đầu tiên được đặt trong một nồi nấu kim iridium và tan chảy trong một lò tần số vô tuyến ở khoảng 1970 ° C. Một tinh thể hạt sau đó được đưa vào tiếp xúc với bề mặt chất lỏng. Khi từ từ nâng lên, xoay và làm mát bằng hơi, một chất lượng cao, đơn tinh thể boule neodymium-doped yttri nhôm garnet (Nd: YAG) nổi lên với tỷ lệ khoảng 0,5 mm mỗi giờ. Boules tinh thể điển hình là 60-80 mm đường kính bằng 175-225 mm chiều dài. Que, bánh xốp và tấm có hình dạng khác nhau được chiết xuất từ các boule và sau đó chế tạo, đánh bóng và phủ thông số kỹ thuật của khách hàng (Hình 1). Hoàn thành sản phẩm từ que laser diode bơm nhỏ như 0,5 mm đường kính bằng dài để hình học phiến lớn như 8 × 37 mm trong mặt cắt ngang bởi dài 235 mm 25 mm. Hơn hai phần ba của Czochralski lượng trạm tăng trưởng ở Mỹ là ở Nd: YAG, làm cho nó tinh thể laser được sử dụng rộng rãi nhất. Tinh thể YAG khác đang được trồng trong khối lượng là Er: YAG và CTH: YAG. Các cộng hưởng Các Nd phổ biến nhất: YAG que hình học là một hình trụ tròn bên phải, mặc dù tấm, tấm và các hình chữ nhật đôi khi được sử dụng. Đòn cuối khuôn mặt thường được đánh bóng phẳng và song song (hoặc định hướng gần góc Brewster cho tổn thất truyền tải thấp mà không cần lớp phủ quang học). Lồi que radiused khuôn mặt đôi khi được sử dụng để bù đắp cho sự hội tụ nhiệt. Trong hình thức đơn giản nhất của nó, là cộng hưởng bao gồm các que với một lớp điện môi phản chiếu cao ở một đầu và một phản xạ một phần (outcoupler) tại khác. Những gương mặt cuối cùng phải được chính xác song song trong trường hợp này. Cấu hình chi tiết điển hình sử dụng gương riêng biệt ở mỗi đầu của cộng hưởng cùng với ống kính quang học khác và các tinh thể thêm vào phân cực, điều chỉnh, Q-switch và chuyển hướng các chùm tia, chọn điện ống kính net, chuyển đổi bước sóng và quang phổ riêng sản lượng của nó hoặc một sự kết hợp của những hiệu ứng. Các cộng hưởng có thể được ổn định hoặc không ổn định. Hầu hết laser khoa học sử dụng gương phản xạ được phân loại-để sản xuất phân kỳ chùm thấp, vừa phải có năng lượng cao và độ sáng cao do đó. Nhiều ứng dụng thương mại không yêu cầu một điểm tập trung chặt chẽ, và đa cộng hưởng ổn định thông thường thường được sử dụng. Các chế độ để ngang ổn định thấp nhất, TEM00, có một, Gaussian cấu dầm không gian thông suốt trong cả hai lĩnh vực gần xa. Cộng hưởng ổn định nhất được điều hành đa; điện (hoặc năng lượng nếu xung) là cao hơn nhiều vì đường kính phát laser có thể lớn hơn nếu giới hạn trong chế độ single TEM00. Ứng dụng này sẽ áp đặt lựa chọn duy nhất so với hoạt động đa. CW Nd: YAG laser của hơn 5 kW và laser flashlamp bơm hơn 20 J đã được xây dựng. Hầu như bất kỳ độ rộng xung từ siêu ngắn để CW là có thể. Electro-quang Q-switched, xung bơm Nd: YAGs thường tạo ra độ rộng xung từ 5 đến 20 ns. Lợi thấp hơn, acousto-quang điều chế CW-bơm Nd: YAGs tạo xung 150 đến 300 ns. Tương đối cấu hình dao động khuếch đại đơn giản có thể sản xuất 1-2 J năng lượng Q-switched tại 1064 nm. Hạn chế phát sinh do sự tăng cao (hiệu ứng ký sinh) và độ dòng vận hành an toàn. Đề án chế độ khóa hoạt động cho phép độ rộng xung từ khoảng một phần nhỏ của một nano giây xuống một vài pico giây. Thời gian xung ngắn hơn đòi hỏi phương tiện truyền thông phát laser với băng thông tăng cao như Ti: sapphire. Laser xung dài-phi-Q-switched cũng có thể sản xuất độ rộng xung của 100 ms hoặc nhiều hơn. Sự đa dạng trong thời gian xung Điều này làm cho nó có thể cung cấp một loạt các mật độ công suất cao điểm để phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Các Nd diode bơm: YAG laser đã mở ra một phạm vi rộng lớn hơn của các ứng dụng, nhờ tăng sự ổn định nguồn, hiệu quả và tuổi thọ của nó, và giảm tiêu thụ năng lượng và kích cỡ. Thương mại Nd: YAG laser với giá lặp lại lớn hơn 100 kHz đang có sẵn. Thiết bị diode bơm phù hợp nhất với xung năng lượng thấp hoặc các ứng dụng điện CW vì giá của diode thanh / mảng vẫn là cao hơn nhiều so với flashlamps tuyến tính. Tần-tăng gấp đôi lên màu xanh lá cây ở 532 nm, tăng gấp ba lần để màu xanh ở 355 nm và tăng gấp bốn lần để màu xanh sâu tại 266 nm là chìa khóa khác Nd: YAG bước sóng. Các bước sóng 532 nm là lý tưởng để bơm Ti: sapphire hoặc nhuộm lasers (ở dạng lỏng ma trận hoặc nhựa). Noncritically giai đoạn hợp KTP dao động tham số quang học (OPOS), khi được bơm với Q-switched Nd: YAG tại 1064 nm, hiệu quả tạo ra bức xạ 1,57-micron, một bước sóng mắt an toàn hơn để sử dụng trong các khu vực ít bị kiểm soát. Tia laser có bước sóng cũng tăng thấp hơn gần 1,32 và 1,44 mm và 946 nm có thể được tần số tăng gấp đôi, tần số trộn hoặc Raman dịch chuyển để cung cấp các bước sóng khả kiến và cận hồng ngoại cho các ứng dụng đặc biệt. Sự đa dạng trong các bước sóng khi ghép với ống kính quang học phi tuyến và OPOS là duy nhất. Độ rộng vạch phổ rộng vạch phổ là một thước đo của sự tinh khiết quang phổ (monochromaticity). Đối với các cấu trúc khối Nd: YAG, độ rộng vạch phổ hẹp hơn Nd khoảng 30 đến 50 lần: thủy tinh, ví dụ, làm cho Nd: YAG tương đối dễ dàng để pha trận quang phổ với máy phát điện hòa vào bước sóng nhìn thấy. Mặt khác, sự hấp thụ độ rộng vạch phổ quang phổ cho bơm là khá hẹp, làm cho diode bơm hơi đòi hỏi nhiều hơn là với Nd: YLF, ví dụ. Các đời huỳnh quang là một biện pháp như thế nào một cách nhanh chóng các depopulates trạng thái siêu bền sau khi bơm quang học. Các đời huỳnh quang của Nd: YAG là khoảng 230 ms, gần như lý tưởng. Nếu ngắn hơn nhiều, như với Ti: sapphire hoặc nhuộm laser, năng lượng được lưu trữ sẽ tỏa đi một cách tự nhiên, trừ khi được chiết xuất một cách nhanh chóng từ cộng hưởng. Do đó, bơm flashlamp là kém hiệu quả hơn, và đèn đỉnh cao mật độ hiện hành. Nếu lâu hơn nữa, như trong Er: YAG, nó là khó khăn hơn để trích xuất năng lượng được lưu trữ một cách hiệu quả trong một xung ngắn vì đạt được là thấp hơn. Đối với hoạt động xung, thời gian xung hiện flashlamp của 150-200 ms thường được sử dụng bởi vì lưu trữ năng lượng không tỏa đi, và đủ năng lượng bơm vào có thể được giao trong thời gian đó để tạo ra lượng năng lượng đầu ra thực tế với cuộc sống flashlamp dài. Nd: YAG có thể được CW hoặc xung bơm với đèn hoặc điốt. Diode bơm gần 808 nm đáng kể làm tăng hiệu quả so với các nguồn bơm cơ thể màu xám băng thông rộng sử dụng xenon- hoặc flashlamps krypton-điền. Mặt cắt ngang phát xạ kích thích là một biện pháp hiệu quả và phát laser được. Đối với Nd: YAG nó là một rất thuận lợi 3 × 10-19 cm2. Tăng cao này là rất phù hợp cho các xung Q-switched ngắn và bơm năng lượng thấp ngưỡng. Nếu con số này cao hơn, khuếch đại bức xạ tự phát và các hiệu ứng ký sinh sẽ tiếp tục giới hạn tối đa được lưu trữ mật độ năng lượng thực tế trong các que. Sự ảnh hưởng của bão hòa cho Nd: YAG khoảng 500 mJ / cm2 là rất phù hợp để khai thác năng lượng hiệu quả từ các bộ khuếch đại ở các cấp độ dòng an toàn. Khi cắt ngang phát xạ kích thích thấp, như trong Nd: kính, đạt được là ít hơn nhiều, chèn mất mát của các thành phần quang học trong cộng hưởng cao và độ rộng xung Q-switched là rộng lớn hơn. Nd: kính, với mặt cắt ngang của nó thấp hơn và độ rộng vạch phổ rộng hơn, phù hợp hơn với mật độ lưu trữ năng lượng cao hơn và chế độ khóa ngắn hơn chiều rộng xung. Các chất nhiệt Sự kết hợp của hệ số nhiệt mở rộng, tính dẫn điện và chỉ số của sự thay đổi khúc xạ với nhiệt độ (dn / dT) trong Nd: YAG cung cấp chấp nhận được nhiệt và thấu kính lưỡng chiết mất ngoại trừ đường kính que lớn và tốc độ lặp lại xung vừa phải. Nd: kính có một mười lăm độ dẫn nhiệt của Nd: YAG, vì vậy nó là nhiều hạn chế hơn ở tốc độ lặp lại và giới hạn tải nhiệt tối đa gãy xương. Nd: YLF có thấu kính nhiệt và đặc tính lưỡng chiết tự nhiên được cấp trên để Nd: YAG. Bảng 2 tóm tắt những khác biệt giữa Nd:. Vật liệu YAG laser có bước sóng cơ bản là tương tự Nd: YAG có độ cứng của thép nhẹ. Nó là một vật liệu rất mạnh mẽ, cho phép đánh bóng để hoàn thiện chất lượng cao, và không giống Nd: YLF, không phải là mong manh cũng không hòa tan trong nước. Chỉ số khúc xạ của nó là 1.8 làm cho nó đặc biệt dễ dàng để áp dụng một lớp phủ chống phản xạ tại 1064 nm với một lớp duy nhất của MgF2 cho tổn thất truyền tải thấp. Các lớp phủ đa lớp được sử dụng trên Nd: YLF và Nd:. Kính vì chỉ số khúc xạ của họ là thấp hơn Thật dễ dàng để hiểu lý do tại sao Nd: YAG là vật liệu laser trạng thái rắn Workhorse. Nó có gần-o
đang được dịch, vui lòng đợi..