Ербій (Er) фосфатне склодемонструє багато корисних властивостей, що призвело до збільшення попиту в останні роки на Er: скляні лазери для таких застосувань, якширокий спектр, як лазерний далекомір, міжміський зв'язок, дерматологія та спектроскопія лазерного пробою (LIBS).Ербієві волоконні підсилювачі забезпечують швидкий глобальний зв’язок у транстихоокеанському кабелі між Гонконгом і Лос-Анджелесом, Er: скляні лазерні далекоміри все частіше використовуються воборонні застосування та розвідка, іEr: скляні естетичні лазеринабирають обертів длявидалення рубціві навітьлікування випадіння волоссяспричинена андрогенною алопецією.
Для цих зростаючих областей застосування потрібне високоточне лазерне скло з вимогливими допусками на розміри та високопотужні лазерні покриття.Жорсткі допуски дають системним інтеграторам впевненість у тому, що компоненти можна легко розмістити в їхніх системах без вирівнювання, що потребує багато часу, але ці специфікації є проблемою для виробників лазерного скла.Контроль процесів і зосередженість на метрології необхідні виробникам лазерного скла для створення вимогливих компонентів, необхідних для зростаючого простору лазерної оптики NIR.
ЧОМУ СКЛО, ЛЕГОВАНЕ ЕРБІЄМ?
За останні кілька десятиліть було досягнуто значних успіхів у лазерній технології на основі фосфатів з точки зору покращеної вихідної потужності, меншої тривалості імпульсу, зменшеного розміру системи та нових робочих довжин хвиль.Лазери Er:glass зазвичай випромінюють на безпечних для очей довжинах хвиль 1540 нм, 1550 нм або 1570 нм, що дуже корисно для вимірювання відстані та інших ситуацій, коли люди можуть піддаватися впливу променів.Ці довжини хвиль сприяють високому пропусканню через атмосферу.1540 нм також відчуває мінімальне поглинання меланіном, що робить лазери зі скла Er: оптимальними для естетичних лазерних застосувань на пацієнтах із темним кольором обличчя.
Рисунок 1. Енергетичні стани ербію.Er:glass лазери зазвичай накачуються лазером 800 нм або 980 нм і випромінюють на 1540 нм або 1570 нм.
Фосфатне скло має високу пропускну здатність і може бути леговано атомами рідкісноземельних елементів, такими як ербій та ітербій, щоб воно могло досягати інверсії населення та лазерного випромінювання під впливом хвилі накачки 800 нм або 980 нм (рис. 1).Er: скло також можна накачувати фотонами на 1480 нм, але це небажано, тому що ефективність може бути знижена накачуванням і стимульованим випромінюванням, що відбувається в тій самій довжині хвилі та енергетичному діапазоні.[3]Фосфатне скло також виграє від хімічної стабільності та високого порогу пошкодження, викликаного лазером (LIDTs), що робить Er:скло та інші доповані фосфатні скла ідеальними кандидатами для середовищ, що підсилюють лазер NIR.
Фосфатне скло має вищу розчинність рідкоземельних іонів, ніж силікатне скло, яке має більш жорстку матричну структуру.[1]Однак вони мають меншу пропускну здатність, ніж силікатне скло, і є трохи гігроскопічними, тобто вони поглинають більше вологи з повітря.Таким чином, вони обмежені застосуваннями у своїй смузі пропускання та системами, де вони будуть достатньо захищені від вологи покриттями чи іншою оптикою.
ЖОВТІ ДОПУСКИ ТА КОНТРОЛЬ ПРОЦЕСУ
Багато застосувань, які обговорювалися раніше, зокрема лазерний далекомір для оборонних застосувань, часто вимагають малих компонентів Er: скла з надзвичайно жорсткими допусками на розміри.Потім ці тонко відшліфовані пластини лазерного скла можна скинути в збірки практично без необхідності вирівнювання.Вони можуть зменшуватися до розміру SIM-карти і часто не мають скосин, оскільки вони дуже малі (Малюнок 2).Це підвищує ймовірність відколів країв.Досягнення точної паралельності та специфікацій якості поверхні на цих невеликих компонентах може бути неймовірно складним завданням.Прозора апертура або частина оптичної поверхні, яка має відповідати всім специфікаціям, часто становить майже 100%, не залишаючи майже жодного місця для помилок навколо країв оптичних поверхонь.
Малюнок 2. Er:скляні пластини, які використовуються для лазерного далекоміру та інших застосувань лазера NIR, часто мають розмір звичайної SIM-карти або менше.
То навіщо проходити через усі ці проблеми?Попередні рішення часто включали більші вузли з кількох кристалічних компонентів, прикріплених до Nd: YAG-бруска.Ці додаткові компоненти можуть включати пластини Брюстера, насичені поглиначі для пасивної модуляції добротності або кристали перетворення частоти.Кристали перетворення частоти важливі для далекомірів або інших застосувань під відкритим небом, оскільки довжина хвилі випромінювання неодиму є набагато небезпечнішою, ніж ербію, і її необхідно перемістити на більшу довжину хвилі, перш ніж її можна буде безпечно передавати на великі відстані.
Додатки далекомірів часто мають вимоги до ударів і вібрації, що ускладнює з’єднання кількох компонентів разом, дотримуючись усіх специфікацій.Перехід від цих старих конструкцій до єдиного полірованого шматка Er: скла, що виконує ті самі завдання з різними покриттями, зменшив розмір системи та вартість.Кристали YAG часто використовуються під кутом Брюстера, але того ж ефекту можна досягти, використовуючи покриття.Оскільки Er:скляні плити все одно потребують покриття, доцільно додати цей тип покриття, щоб отримати якомога більше функціональних можливостей і заощадити кошти в іншому місці.
Оскільки фосфатне скло трохи гігроскопічне, якщо Er: скло без покриття залишити на вулиці протягом кількох днів, воно може деградувати.Перед нанесенням покриття необхідно перевірити якість поверхні, щоб запобігти проникненню вологи в скло.Покриття, нанесені на поліровані поверхні кінцевої скляної плити, допомагають захистити їх від цього погіршення.
Загальні специфікації для малих, високоточних Er: скляні плити мають перпендикулярність <5 кутових хвилин для країв, <10 кутових секунд перпендикулярності для кінців і якість поверхні, кращу за 10-5 подряпин.Ці вимогливі специфікації вимагають чистого середовища, чітко контрольованих процесів і мінімізації часу на дотик.
Лазерне скло зазвичай має лише дві поліровані поверхні на кінцях, а решта поверхонь відшліфовані, але деякі сторони цих скляних плит Er: також відполіровані та мають високу толерантність для спрощення вирівнювання.Вибір того, які сторони полірувати та покривати першими, які сторони полірувати до чи після нарізання кубиками, а також коли використовувати одностороннє чи двостороннє полірування – усе це визначає вартість і продуктивність.Різниця у виході між необізнаним процесом і процесом, оптимізованим досвідченим виробником, легко може досягати трьох разів.
Для того, щоб скоротити час дотику та підвищити врожайність, оптимально, щоб усе виробництво та нанесення покриття здійснювалися в одному місці.Щоразу, коли частково готову деталь транспортують з одного місця в інше, ймовірність забруднення та пошкодження значно зростає, а також додатковий час у черзі.
КІЛЬКА ПОКРИТТІВ HIGH LIDT
Однією з труднощів у виробництві малих скляних плит Er: для далекомірів та інших точних ближніх інфрачервоних датчиків є те, що на різні сторони компонента часто наноситься кілька покриттів.Це складно через необхідну фіксацію та захист незайманих поверхонь без покриття перед нанесенням покриття.Виробникам також важко уникнути надмірного розбризкування або продування тильної сторони плити, яку необхідно захистити під час нанесення покриття.Кінці мають антиблікове (AR) покриття з високим порогом ушкодження, викликаного лазером (LIDTs).Краї також мають покриття High LIDT AR, щоб пропускати промінь насоса.Потужність насоса завжди вище, ніж викид.Деякі чотиристоронні плити навіть мають додаткові покриття для вбудованих резонаторних дзеркал із високою відбивною здатністю, розрізнення довжини хвилі та відхилення світла насоса.
МЕТРОЛОГІЯ: ЯКЩО ВИ НЕ МОЖЕТЕ ЦЕ ВИМІРЯТИ, ВИ НЕ МОЖЕТЕ ЦЕ ЗРОБИТИ
Точність виробництва та контроль процесів марні без належної метрології, необхідної для належного вимірювання та перевірки ключових специфікацій.Лазерні інтерферометри, такі як ZYGO Verifier, часто використовуються для вимірювання площинності, але під час вимірювання невеликих пластин Er:скла задня поверхня починає заважати вимірюванням передньої поверхні через вимогливу специфікацію паралельності.Оператори можуть обійти це, нанісши вазелін або іншу речовину на задню поверхню, але потім цю поверхню потрібно повторно очистити, і ймовірність пошкодження компонентів збільшується.Однак останні досягнення у вимірюванні площинності усувають вплив задньої поверхні та дозволяють проводити вимірювання площинності швидше та з меншою ймовірністю пошкодження.Сколи на краях слябів можуть перешкодити операторам точно виміряти площинність, що робить контроль процесу під час виробництва ще важливішим.Перпендикулярність і клин зазвичай перевіряються за допомогою двопрохідного автоколіматора.
Зростаючий простір для застосування лазерів зі скла Er: продовжить підштовхувати виробників оптичних компонентів до створення все більш точного лазерного скла та покриттів.Безпечні для очей лазерні програми 1540 нм і 1570 нм допомагають зробити використання безпечнішим, підвищити впевненість завдяки естетичним лазерним процедурам і покращити міжміський зв’язок.Найкраща доступна порада полягає в тому, що при розробці лазерної системи NIR;обговоріть ваші конкретні потреби в застосуванні з вашим постачальником компонентів, щоб отримати вказівки щодо навігації щодо детального вибору відповідного лазерного скла та інших компонентів.
Цю статтю написали Корі Бун, провідний інженер з технічного маркетингу Edmund Optics (Баррінгтон, штат Нью-Джерсі), і Майк Міддлтон, операційний менеджер Edmund Optics Florida (Олдсмар, Флорида).
Більше інформації про продукт, ви можете відвідати наш веб-сайт:
https://www.erbiumtechnology.com/
Електронна пошта:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Факс: +86-2887897578
Додати: No.23, Chaoyang Road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, China.
Час оновлення: 01 квітня 2022 р
