Vidro de fosfato dopado con erbio (Er).presenta moitas propiedades beneficiosas, o que provocou un aumento da demanda nos últimos anos de Er: láseres de vidro para aplicacións comode amplo alcance como telémetro láser, comunicacións a longa distancia, dermatoloxía e espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS).Os amplificadores de fibra de erbio permiten unha rápida comunicación global no cable transpacífico entre Hong Kong e Los Ángeles, Er: os telémetros láser de vidro úsanse cada vez máis enaplicacións de defensa e recoñecemento, eEr: láseres estéticos de vidroestán gañando tracción paraeliminando cicatricese mesmotratar a perda de cabelocausada por alopecia androxenética.
Estes espazos de aplicación en crecemento requiren vidro láser de alta precisión con tolerancias dimensionais esixentes e revestimentos láser de alta potencia.As tolerancias estritas dan aos integradores de sistemas a confianza de que os compoñentes se poden colocar facilmente nos seus sistemas sen un aliñamento que require moito tempo, pero estas especificacións representan un desafío para os fabricantes de vidro láser.O control de procesos e un enfoque na metroloxía son necesarios para que os fabricantes de vidro láser creen os esixentes compoñentes necesarios para o crecente espazo de óptica láser NIR.
POR QUE VIDRO DOPADO CON ERBIO?
Nas últimas décadas, realizáronse avances significativos na tecnoloxía láser baseada en fosfato en termos de mellora da potencia de saída, menor duración do pulso, redución do tamaño do sistema e novas lonxitudes de onda operativas.Os láseres Er:glass emiten habitualmente nas lonxitudes de onda seguras para os ollos de 1540 nm, 1550 nm ou 1570 nm, o que é moi beneficioso na medición de distancia e noutras situacións nas que as persoas poden estar expostas aos raios.Estas lonxitudes de onda benefician da alta transmisión a través da atmosfera.1540nm tamén experimenta unha absorción mínima pola melanina, o que fai que os láseres de vidro Er: óptimos para aplicacións de láser estéticos en pacientes con complexión máis escura.
Figura 1. Estados enerxéticos do erbio.Os láseres Er:glass son normalmente bombeados cun láser de 800nm ou 980nm e emiten a 1540nm ou 1570nm.
O vidro de fosfato alcanza altas transmisións e pode ser dopado con átomos de terras raras como o erbio e o iterbio para que poida alcanzar a inversión da poboación e a lase cando se expón a unha lonxitude de onda de bomba de 800 nm ou 980 nm (Figura 1).Er: o vidro tamén podería ser bombeado por fotóns a 1480 nm, pero isto non é desexable porque a eficiencia podería reducirse ao bombear e estimular a emisión que ocorre na mesma lonxitude de onda e banda de enerxía.[3]Os lentes de fosfato tamén se benefician da estabilidade química e dos altos limiares de dano inducidos por láser (LIDT), facendo que Er:glass e outros lentes de fosfato dopados sexan candidatos ideais para medios de ganancia de láser NIR.
Os vidros de fosfato teñen unha maior solubilidade dos ións de terras raras que os de silicato, que presentan unha estrutura de matriz máis ríxida.[1]Non obstante, presentan un ancho de banda máis estreito que os cristais de silicato e son lixeiramente higroscópicos, o que significa que absorben máis humidade do aire.Polo tanto, limítanse a aplicacións no seu ancho de banda e sistemas onde estarán suficientemente protexidos da humidade mediante revestimentos ou outras ópticas.
TOLERANCIAS ESTRITAS E CONTROL DE PROCESOS
Moitas das aplicacións comentadas anteriormente, especialmente o telémetro láser para aplicacións de defensa, a miúdo requiren pequenos compoñentes Er: vidro con tolerancias dimensionais extremadamente axustadas.Estas placas de vidro láser finamente pulidas pódense colocar en conxuntos sen necesidade de aliñamento pouco ou ningún.Poden chegar a ter o tamaño dunha tarxeta SIM e moitas veces non teñen bisel porque son tan pequenos (Figura 2).Isto fai que sexa máis probable que se rompan os bordos.Conseguir un paralelismo axustado e especificacións de calidade da superficie nestes pequenos compoñentes pode ser un desafío incrible.A apertura clara, ou porción da superficie óptica que debe cumprir todas as especificacións, adoita ser case o 100%, deixando pouco ou ningún espazo para erros nos bordos das superficies ópticas.
Figura 2. As placas de vidro Er: utilizadas para o telémetro láser e outras aplicacións con láser NIR adoitan ter o tamaño dunha tarxeta SIM común ou máis pequena.
Entón, por que pasar por todos estes problemas?As solucións anteriores a miúdo implicaban subconxuntos máis grandes de múltiples compoñentes de cristal unidos a unha barra Nd:YAG.Estes compoñentes adicionais poderían incluír placas Brewster, absorbedores saturables para conmutación Q pasiva ou cristais de conversión de frecuencia.Os cristais de conversión de frecuencia son importantes en telémetros ou noutras aplicacións ao aire libre porque a lonxitude de onda de emisión do neodimio é moito máis perigosa que o erbio e debe cambiarse a unha lonxitude de onda máis longa antes de que poida transmitirse con seguridade a longas distancias.
As aplicacións de telémetro adoitan ter un requisito de choque e vibración, o que dificulta a unión de varios compoñentes xuntos ao tempo que se cumpren todas as especificacións.Pasando destes deseños antigos a unha única peza de Er: vidro pulido que realizaba as mesmas tarefas con varios revestimentos reduciu o tamaño e o custo do sistema.Os cristais YAG úsanse a miúdo no ángulo de Brewster, pero o mesmo efecto pódese conseguir usando revestimentos.Dado que as placas de vidro Er: deben ser revestidas de todos os xeitos, é beneficioso engadir este tipo de revestimento para incorporar a maior funcionalidade posible e aforrar custos noutro lugar.
Debido a que os cristais de fosfato son lixeiramente higroscópicos, se non se recubren Er: o vidro se deixa fóra durante varios días pode degradarse.A calidade da superficie debe ser controlada antes do revestimento para evitar que a humidade entre no vidro.Os revestimentos depositados nas superficies pulidas da placa de vidro final axudan a protexelos desta degradación.
Especificacións comúns para Er pequeno e de alta precisión: as placas de vidro teñen unha perpendicularidade <5 arcmin para os bordos, <10 arcseg de perpendicularidade para os extremos e unha calidade de superficie mellor que 10-5 scratch dig.Estas especificacións esixentes requiren un ambiente limpo, procesos altamente controlados e un tempo de contacto mínimo.
O vidro láser normalmente só ten dúas superficies pulidas nos extremos, mentres que o resto das superficies están moídas, pero algúns dos lados destes Er: placas de vidro tamén están pulidas e altamente toleradas para simplificar o aliñamento.A elección de que lados pulir e revestir primeiro, que lados pulir antes ou despois de cortar en dados e cando usar o pulido dun só lado ou dobre, todo determina o custo e o rendemento.A diferenza de rendemento entre un proceso non informado e un proceso optimizado por un fabricante experimentado pode ser facilmente tan grande como un factor de tres.
Para reducir o tempo de tacto e mellorar os rendementos, é óptimo ter toda a fabricación e revestimento realizados nun só lugar.Cada vez que se envía a peza parcialmente rematada entre diferentes lugares, a probabilidade de contaminación e danos aumenta moito, xunto co tempo adicional de cola.
MÚLTIPLES RECUBRIMIENTOS DE ALTA LIBRA
Un desafío coa fabricación de pequenas placas de Er:vidro para telémetros e outras aplicacións NIR de precisión é que moitas veces se depositan múltiples revestimentos en diferentes facetas do compoñente.Isto é difícil debido á fixación e protección necesarias das superficies prístinas sen recubrir antes do revestimento.Tamén é un reto para os fabricantes evitar o exceso de pulverización ou o golpe na parte posterior da lousa, que ten que ser protexida durante o revestimento.Os extremos presentan revestimentos antirreflectantes (AR) con altos limiares de dano inducidos por lase (LIDT).Os bordos tamén presentan revestimentos de alto LIDT AR para deixar entrar o feixe da bomba.A potencia da bomba é sempre superior á da emisión.Algunhas placas de catro lados teñen incluso revestimentos adicionais para espellos de cavidade de alta reflectividade incorporados, discriminación da lonxitude de onda e rexeitamento da luz da bomba.
METROLOXÍA: SE NON O PODES MEDIR NON O PODES FACER
A precisión de fabricación e o control do proceso son inútiles sen a adecuada metroloxía necesaria para medir e verificar correctamente as especificacións clave.Os interferómetros láser, como un verificador ZYGO, úsanse a miúdo para medir a planitude, pero ao medir pequenas placas de vidro Er: a superficie posterior comeza a interferir coas medicións da superficie frontal debido á esixente especificación de paralelismo.Os operadores poden evitar isto aplicando vaselina ou outra substancia na superficie posterior, pero esta superficie debe ser limpada de novo e aumenta a probabilidade de danos aos compoñentes.Non obstante, os avances recentes na medición de planitude eliminan os efectos da superficie posterior e permiten que as medicións de planitude se fagan máis rápido e con menos probabilidade de danos.Os chips nos bordos das placas poden impedir que os operadores midan con precisión a planitude, o que fai que o control do proceso durante a fabricación sexa aínda máis importante.A perpendicularidade e a cuña adoitan verificarse mediante un autocolimador de dobre paso.
O crecente espazo de aplicación dos láseres de vidro Er: seguirá empurrando aos fabricantes de compoñentes ópticos a crear vidro e revestimentos láser de maior precisión e cada vez maior.As aplicacións de láser de 1540 nm e 1570 nm con protección ocular axudan a facer un uso máis seguro, aumentan a confianza mediante procedementos láser estéticos e melloran as comunicacións de longa distancia.O mellor consello dispoñible é que ao desenvolver un sistema láser NIR;discute as súas necesidades específicas de aplicación co seu provedor de compoñentes para obter orientación na selección de matices de vidro láser e outros compoñentes adecuados.
Este artigo foi escrito por Cory Boone, Enxeñeiro Técnico Principal de Marketing, Edmund Optics (Barrington, NJ) e Mike Middleton, Director de Operacións de Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL).
Máis información sobre o produto, podes visitar o noso sitio web:
https://www.erbiumtechnology.com/
Correo electrónico:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Engadir: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu,610107, China.
Tempo de actualización: 01-abr-2022
