Nd: YAG میله

گریت آلومینیوم یتیم (Nd: YAG) دارای نودیمیم دوبعدی است که رایج ترین حالت تهیه حالت جامد برای کاربردهای پردازش مواد است. Nd: YAG دارای بازده جذب نوری نسبتا خوب و بازده تبدیل، آستانه پایه پایین و تخریب حرارتی خوب برای عملیات با قدرت بالا است.

لیزر YAG به صورت اپتیکی توسط لامپ زنون یا کریپتون پمپ می شود

پمپاژ نوری چهار درجه ای

الکترونها در هر اتم داده شده میتوانند سطوح مختلف گسستهی مرتبط با مدارهای گسسته یا «پوستهها» را در اطراف هسته اتمی اشغال کنند. الکترونها در مدارهای بالاتر دارای مقادیر انرژی بیشتری نسبت به الکترونها در مدارهای پایینتر هستند. بدون افزودن انرژی بیرونی، الکترونها تمایل دارند تا به کمترین مدار و سطح انرژی موجود در منطقه برسند. با این حال، اگر انرژی به یک الکترون اضافه شود، می توان آن را به یک سطح بالاتری ارتقا داد، و در سطح پایین تر خالی می ماند. اگر الکترونهای کافی به سطوح انرژی افزوده شوند، شرایطی معروف به «inversion of population» می تواند ایجاد شود. انحراف جمعیت وجود دارد زمانی که سطح انرژی بالا بیشتر از سطح زیر آن زندگی می کند (نگاه کنید به شکل بالا). این شرایط یک پیش شرط لازم برای پیشگیری است. در حقیقت، حداقل inversion جمعیت مورد نیاز برای شروع تشعشع، “آستانه لیزر” نامیده می شود. انحلال زمانی اتفاق می افتد که الکترونها از یک سطح انرژی بالا به سطح کمتر جمعیت پر می شوند و انرژی ذخیره شده آنها را به صورت فوتون های یکنواخت، تک رنگ، تابش لیزر نئودیمیم (Nd) لیزر فعال در دستگاه لیزر Nd: YAG است. این یک لیزر عالی است زیرا به خوبی به پمپاژ نوری پاسخ می دهد و نسبتا راحت به آستانه لیزر می رسد. آستانه آن کم است زیرا به وسیله یک برنامه پمپاژ 4 سطح (به تصویر زیر مراجعه شود)، تغییرات جمعیت به دست می آید. اگر نور از یک لامپ زنون یا کریپتون به هسته Nd: YAG منعکس شود، بعضی از انرژی و طول موج مناسب برای جذب اتمی Nd، هیجان زده شدن برخی از الکترونها از حالت زمین (EO) به بالاترین انرژی سطح (E3). این پمپاژ نوری نامیده می شود. پمپاژ نوری چهار درجه ای دارای دو مزیت مهم است: به راحتی انحراف جمعیت و انتقال جذب پمپ خوب نگهداری می شود.

برای انتقال پمپ به شدت جذب کننده باقی می ماند، حالت زمین باید نسبت به حالت فوقانی انتقال بسیار پرجمعیت باشد. در پمپاژ سطح 4، سرعت سریع (کوتاه مدت عمر) از E3 به E2، جمعیت E2 را به سرعت برای انحراف خوب ایجاد می کند و سطح E3 را نسبتا خالی نگه می دارد و آماده دریافت الکترون های بیشتر است. این باعث می شود انتقال E0 از E3 بسیار جذاب و بنابراین بسیار کارآمد است. در مرحله دوم، انفجار سریع از E1 تا E0 سطح E1 را در جمعیت کم برای بازتاب خوب نگه می دارد و به سرعت وضعیت E0 را برای پمپاژ بسیار جذبی جذب می کند. برای کوپلینگ نوری کارآمد، میله و لامپ پمپ معمولا در داخل یک انعکاسی قرار می گیرند. برای برنامه های کاربردی کم قدرت، مانند علامت گذاری یا ترمیم مقاومت، میله می تواند به طور مداوم توسط یک arclamp پمپ؛ برای برنامه های کاربردی با قدرت بیشتر، مانند حفاری یا جوشکاری، میله معمولا توسط پالس های تکراری از لامپ فلاش پمپ می شود. با این حال، برخی از سیستم های قدرت بالا به طور مداوم پمپ به تازگی توسعه یافته است.

میله های سوار شده

نکات برجسته ساخت

تولید کریستال، ساخت روت، مواد میزبان دیگر، رسانه های برش

رشد کریستال

میلههای Nd: YAG از بلورهای بزرگتر به نام “boules” برش داده میشوند که از طریق روش رشد Czochralski در کوره تولید میشوند. همانطور که کریستال رشد می کند، از یک محلول مذاب کشیده می شود. دماي ذوب، که حدود 2000 درجه سانتیگراد است، باید دقیقا برای تمام 2 تا 3 هفته طول عمر فرآیند کنترل شود. یونهای نئودیمیم برای یک درصد از یونهای یتیم در کریستال میزبان آلومینیوم گیتی یتیم جایگزین می شوند. درصد Nd مورد نظر معمولا حدود 1.0٪ است. با این حال، از آنجایی که یون نئودیمیم بزرگتر از یون یونی است، تنها با بی اعتنایی در سایت یونی اتمی در شبکه ی کریستال قرار می گیرد. برای جابجایی جایگزینی، ذوب اولیه باید حدود 5 برابر در یون های Nd غنی تر از سطح داپلین نهایی مورد نظر باشد. این جایگزینی اجباری عوارض جانبی منفی دارد. همانطور که بولد doped 1.0٪ از ذوب 5.0٪ کشیده شده است، غلظت Nd ذوب افزایش می یابد، مشابه با روش تبخیر باعث افزایش غلظت محلول نمک می شود. درصد جایگزینی Nd به دلیل افزایش غلظت ذوب افزایش می یابد و یک بول با شیب اعمال محوری یا طولی ایجاد می شود. این محدودیت طول را دارد که می توان بوئل های آن را رشد داد. در عمل، این گرادیان با نگه داشتن اندازه کوچک گلوله با توجه به جرم ذوب می شود. به این ترتیب، رشد باول تاثیر زیادی بر غلظت ذوب ندارد. تغییر درصد Dopant Nd تا حد زیادی بر قدرت خروجی لیزر و کیفیت حالت تاثیر می گذارد. به طور کلی، درصد پایین آمدن، قدرت خروجی چند حالته پایین تر را دارد، اما کیفیت بنیادی بهبود یافته (TEM00). میله های ضعیف شده برای کاربردهای مانند ترموستیشن مقاومت نازک، زمانی که کیفیت حالت و اندازه نقطه کوچک متمرکز مهم تر از حداکثر توان خروجی هستند، ترجیح داده می شود. درصد Dopant بالاتر باعث افزایش قدرت خروجی چندمتغیری می شود، اما کیفیت حالت TEM00 ضعیف تر. میلههای دوتایی بالا برای برنامه های کاربردی مانند علامت گذاری یا حکاکی، زمانی که حداکثر قدرت خروجی چند منظوره مهم است، و پرتو متقابل نیست.

تولید راد

از آنجایی که یون نئودیمیم بزرگتر از یون یونی است، زمانی که نئودیمیم یک یتیم را اشغال می کند، سویه در شبکه بلوری تشکیل شده است. این باعث محدود شدن سطح دوپینگ می شود که می تواند با حفظ کیفیت نوری خوب به دست آید. برای اطمینان از اینکه میله های Nd: YAG هدایتگر از بالاترین کیفیت برخوردارند، عکس تترمرنتر Twyman-Green از باول به عنوان راهنمای برش برای انتخاب بهترین مناطق استفاده می شود. مناطقی از فشار بیش از حد استفاده نشده است.

میله های محکم به گشتاور مشخص شده در محور چرخش میله متصل می شوند

علاوه بر سویه ذاتی ناشی از فرایند در حال رشد، سویه می تواند در روند برش و سنگ زنی القا شود. میله های رهبری مستقر از طریق فرایند تسکین دهنده فشار منحصر به فرد برای از بین بردن سویه های ناشی از ساخت و ساز استفاده می شود. سطح شفت میله ای برای یکنواختی، پراکنده، پمپاژ نوری است. انتهای میله زمین به شکل بسیار دقیق (10/10 لیتر یا بهتر)، مسطح یا شعاعی، موازی یا متصل شده و به یک سطح بسیار با کیفیت بالا (10-5 یا بهتر) جلا داده می شود. پوشش آستانه آسیب بالا به انتهای میله جلا داده می شود. در بیشتر موارد، پوشش های ضد انعکاس برای افزایش کارایی انتقال استفاده می شود. در برخی موارد، برای از بین بردن نیاز به یک آینه جلو و یا عقب، پوشش های بسیار بازتابنده یا بخشی بازتابنده استفاده می شود. اگر چه این پوشش ها آستانه آسیب بسیار بالایی دارند، آلودگی با آوارگی یا رطوبت می تواند سبب خراب شدن پوشش شود. اگر این اتفاق می افتد، میله معمولا می تواند توسط repolishing و recoating در کسری از هزینه یک میله جدید نجات دهد. در عمل، میله ها معمولا در یک لوله لوله جریان آب برای خنک کننده کارآمد نصب شده است. بیشترین میله را می توان برای نصب و راه اندازی آسان و یا نصب شده نصب کرد.

مواد دیگر میزبان

علاوه بر YAG، نئودیمیم را می توان به شیشه آغشته کرد. شیشه دارای چند مزیت نسبت به YAG است: آن غیر کریستالی است که باعث می شود آن را ارزان تر و مسائل کرنش کریستالی اعمال نمی شود بنابراین سطوح دوپتایی بالاتر می تواند به دست آورد. بنابراین، میله شیشه Nd: شیشه می تواند بسیار موثر تولید پالس های انرژی بالا. ضعف اصلی شیشه، قابلیت تخلیه نسبتا کم آن است. بنابراین، در حالی که میله های Nd: Glass می توانند پالس های انرژی بالا تولید کنند، نرخ تکرار باید پایین باشد تا سطح متوسط قدرت را پایین نگه دارد. این Nd: Glass را به برنامه های فرکانس پایین مانند جوشکاری یا حفاری نقطه محدود می کند.

سایر رسانه های سازنده حالت جامد

برای برخی از برنامه های کاربردی، طول موج خروجی Nd: YAG ممکن است مطلوب نباشد. بسیاری از رسانه های سازنده حالت جامد دیگر مورد مطالعه و کاربرد در برنامه های علمی، نظامی، پزشکی و ارتباطات قرار گرفته اند. اربیوم، هولمیوم، نارنجی رنگی کروم (روبی)، تیفانی Sapphire تیتانیوم و الکساندریت، تنها چندین رسانه موجود در دسترس هستند. با این حال، برای پردازش مواد صنعتی، Nd: YAG و Nd: Glass هنوز بسیار کاربردی و مقرون به صرفه هستند، پتانسیل پتانسیل، رسانه حالت جامد حالت.