Laser Nd:YAG

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Laserji Nd:YAG ali neodimijevi laserji spadajo v kategorijo laserjev, katerih ojačevalno sredstvo je v trdnem stanju. Temeljijo na kristalih itrij-aluminijevega-granata (Y3Al5O12), v katerem del itrijevih atomov nadomestimo z neodimovimi. Gre za sintetične kristale, ki so zaradi uporabe v laserjih postali iskani v 60. letih prejšnjega stoletja. Najpogosteje oddajajo Nd:YAG laserji infrardečo svetlobo pri valovni dolžini 1064 nm in imajo veliko izhodno moč. Pogosto izhodno svetlobo frekvenčno podvojimo, da dobimo vidno svetlobo pri 532 nm. Nd:YAG laserji lahko delujejo tudi v sunkovnem načinu s preklapljanjem dobrote resonatorja. Na ta način so že dosegli izhodno moč 250 MW v sunkih, dolgih 10 do 25 nanosekund.

Namesto neodimovih atomov pri dopiranju pogosto uporabimo atome erbija (Er), iterbija (Yb), ali tulija (Tm).

Shema 4-nivojskega sistema

Delovanje laserja Nd:YAG[uredi | uredi kodo]

Nd:YAG je 4-nivojski optično ojačevalni medij, ki omogoča znatno ojačanje tudi za majhne črpalne moči. Optična ojačanja so relativno majhna, je pa zato nizek prag črpalne moči in višja učinkovitost optičnega črpanja. Nd:YAG laserje črpamo tako, da na kristal svetimo s plinskimi svetilkami ali pa z laserskimi diodami tj. električno črpanimi polprevodniškimi laserji. Optično črpanje je možno zaradi širokega spektralnega območja absorpcije, še zlasti valovnih dolžin okoli 800 nm.

Najpogostejša izsevana valovna dolžina Nd:YAG je 1064 nm, ostale izsevane spektralne črte so 946 nm, 1123 nm, 1319 nm, 1338 nm in 1444 nm. Pri prehodu z valovno dolžino 946 nm se Nd:YAG obnaša kot kvazi 3-nivojski sistem, vendar zahteva mnogo višje črpalne moči.

Materiale v Nd:YAG laserjih običajno uporabljamo v monokristalinični obliki, izdelane z metodo Czochralski, obenem so dosegljivi tudi keramike-polikristalini, katerih prednost je predvsem visoka stopnja optične kvalitete. Za obe, monokristalinični in keramični Nd:YAG, velja, da so tako absorpcijske kakor tudi sipalne izgube v laserskem kristalu zanemarljive tudi za relativno velike kristale.

Tipične koncentracije dopanta znašajo približno 1 utežni procent. Višje koncentracije so lahko prednost, ker povečajo učinkovitost črpanja, vendar previsoke koncentracije vodijo do zmanjšanja življenjskih časov višjih stanj, kar zviša prag črpalne moči.

Parametri laserja Nd:YAG Nd:Steklo
Valovna dolžina izstopne svetlobe 1.064 μm 1.054–1.062 μm
Verjetnost spontanega prehoda A 4.3 · 103 s−1 2.9 s−1 do 3.4 · 103 s−1
Življenjski čas zgornjega laserskega nivoja τ 230 μs 290–340 μs
Spektralna širina prehoda FWHM 1.2 · 1011 s−1 7.5 · 1012 s−1
Tipična obrnjena zasedenost ΔN 1.6 · 1023 m−3 8.0 · 1023 m−3
Gostota dopanta 1.4 · 1026 m−3 4.6 · 1026 m−3
Lomni količnik ojačevalnega medija 1.82 1.50–1.57
Delovna temperatura 300 K 300 K
Črpalna metoda optično optično
Črpalno območje 300–900(810) nm 300–900(750) nm
Izhodna energija 1 J/sunek < 10 kJ/sunek

Uporaba Nd:YAG laserjev[uredi | uredi kodo]

Nd:YAG laserji so zelo razširjeni za uporabo v oftalmologiji, onkologiji, zobozdravstvu in kozmetični medicini. Uporabljajo se tudi za rezanje, varjenje in označevanje kovin in plastik.

Ostali dopanti v laserjih YAG[uredi | uredi kodo]

  • Yb:YAG laser, izseva svetlobo valovne dolžine tipično 1030 nm ali 1050 nm.
  • Tm:YAG, izseva svetlobo pri λ = 2 μm, z nastavljivo valovno dolžino v območju do λ = 0.1 μm.
  • Cr4+:YAG laserji sevajo svetlobo v področju 1.35-1.55 μm. Črpani so z Nd:YAG laserji pri 1064 nm, primerni za

generiranje zelo kratkih pulzov. Široka uporaba Cr4+:YAG predvsem kot saturacijski absorber za sunkovne laserje.

Viri[uredi | uredi kodo]

  • Siegman, Anthony E. (1986). Lasers. University Science Books. ISBN 0-935702-11-3. 
  • Koechner, Walter (1988). Solid-State Laser Engineering (2nd izd.). Springer-Verlag. ISBN 3-540-18747-2. 
  • Yariv, Amnon (1989). Quantum Electronics (3rd Edition izd.). Wiley. ISBN 0-471-60997-8. 

Zunanje povezave[uredi | uredi kodo]