LASER

Nd:YAG laser

Nd:YAG laser definição

Neodymium-dopedYttrium Aluminum Garnet (Nd:YAG) laser é um laser de estado sólido no qual Nd:YAG é usado como um meio laser.

Estes lasers têm muitas aplicações diferentes no campo médico e científico para processos como cirurgia Lasik e espectroscopia laser.

Nd: YAG laser é um sistema laser de quatro níveis, o que significa que os quatro níveis de energia estão envolvidos na ação do laser. Estes lasers operam em modo pulsado e contínuo.

Nd: O laser YAG gera luz laser geralmente na região quase infravermelha do espectro a 1064 nanômetros (nm). Ele também emite luz laser em vários comprimentos de onda diferentes, incluindo 1440 nm, 1320 nm, 1120 nm, e 940 nm.

Nd: Construção do laser YAG

Nd:O laser YAG consiste em três elementos importantes: uma fonte de energia, meio ativo e ressonador óptico.

Fonte de energia

A fonte de energia ou fonte de bomba fornece energia ao meio ativo para conseguir a inversão da população. No Nd: laser YAG, fontes de energia leves como flashtube ou diodos laser são usadas como fonte de energia para fornecer energia ao meio ativo.

No passado, os flashtubos são usados principalmente como fonte de energia da bomba devido ao seu baixo custo. No entanto, hoje em dia, os díodos laser são preferidos em relação aos tubos flash devido ao seu alto rendimento e baixo custo.

Medio activo

O meio activo ou meio laser do Nd:YAG laser é composto por um material cristalino sintético (Yttrium Aluminum Garnet (YAG)) dopado com um elemento químico (neodímio (Nd)). Os elétrons de estado de energia mais baixa dos íons de neodímio são excitados para o estado de energia mais alta para proporcionar ação de lasing no meio ativo.

Ressonador óptico

O cristal Nd:YAG é colocado entre dois espelhos. Estes dois espelhos são revestidos opticamente ou prateados.

Cada espelho é prateado ou revestido de forma diferente. Um espelho é totalmente prateado enquanto, outro espelho é parcialmente prateado. O espelho, que é totalmente prateado, refletirá completamente a luz e é conhecido como espelho totalmente refletor.

Por outro lado, o espelho que é parcialmente prateado reflectirá a maior parte da luz mas permite que uma pequena porção de luz através dele produza o feixe laser. Este espelho é conhecido como um espelho parcialmente reflector.

Trabalho de laser Nd:YAG

Nd: O laser YAG é um sistema laser de quatro níveis, o que significa que os quatro níveis de energia estão envolvidos na acção do laser. As fontes de energia de luz como os tubos flash ou diodos laser são usados para fornecer energia ao meio ativo.

No Nd:YAG laser, os elétrons de estado de energia mais baixa nos íons neodímio são excitados para o estado de energia mais alta para alcançar a inversão de população.

Considerando um Nd:YAG meio ativo de cristal composto de quatro níveis de energia E1, E2, E3, e E4 com N número de elétrons. O número de elétrons nos estados de energia E1, E2, E3 e E4 será N1, N2, N3 e N4.

Deixe-nos assumir que os níveis de energia serão E1 < E2 <E3 <E4. O nível de energia E1 é conhecido como estado do solo, E2 é o próximo estado de energia superior ou estado excitado, E3 é o estado metastável ou estado excitado e E4 é o estado da bomba ou estado excitado. Vamos assumir que inicialmente, a população será N1 > N2 > N3 > N4.

Quando o flashtube ou díodo laser fornece energia luminosa ao meio activo (Nd:YAG cristal), os electrões do estado de energia mais baixa (E1) nos iões de neodímio ganham energia suficiente e passam para o estado de bomba ou para o estado de energia mais alta E4.

A vida útil do estado da bomba ou do estado de energia superior E4 é muito pequena (230 microssegundos (µs)) para que os electrões no estado de energia E4 não permaneçam por muito tempo. Após um curto período, os elétrons cairão no próximo estado de energia inferior ou estado metaestável E3, liberando energia não-radiação (liberando energia sem emitir fótons).

A vida útil do estado metaestável E3 é alta em comparação com a vida útil do estado da bomba E4. Portanto, os elétrons atingem E3 muito mais rápido do que deixam E3. Isto resulta em um aumento no número de elétrons no estado metestável E3 e, portanto, a inversão populacional é alcançada.

Após algum período, os elétrons no estado metestável E3 cairão no próximo estado de menor energia E2, liberando fótons ou luz. A emissão de fótons desta forma é chamada emissão espontânea.

A vida útil do estado de energia E2 é muito pequena, assim como o estado de energia E4. Portanto, após um curto período, os elétrons no estado energético E2 voltarão ao estado de terra E1, liberando energia sem radiação.

Quando o fóton emitido por emissão espontânea é interagido com o outro elétron de estado metastável, ele estimula esse elétron e o faz cair no estado de menor energia, liberando o fóton. Como resultado, dois fótons são liberados. A emissão de fótons desta forma é chamada emissão estimulada de radiação.

Quando estes dois fótons novamente interagiram com os elétrons em estado metastável, quatro fótons são liberados. Da mesma forma, milhões de fótons são emitidos. Assim, o ganho óptico é alcançado.

Emissão espontânea é um processo natural, mas emissão estimulada não é um processo natural. Para alcançar a emissão estimulada, precisamos fornecer fótons externos ou luz para o meio ativo.

O meio ativo Nd:YAG gera fótons ou luz devido à emissão espontânea. A luz ou os fótons gerados no meio ativo irão ricochetear entre os dois espelhos. Isto estimula outros elétrons a caírem no estado de menor energia ao liberar os fótons ou luz. Da mesma forma, milhões de elétrons são estimulados a emitir fótons.

A luz gerada dentro do meio ativo é refletida muitas vezes entre os espelhos antes que ela escape através do espelho parcialmente refletor.

Vantagens do laser Nd:YAG

• Baixo consumo de energia
• Nd:YAG laser oferece alto ganho.
• Nd:YAG laser tem boas propriedades térmicas.
• Nd:YAG laser tem boas propriedades mecânicas.
• A eficiência do laser Nd:YAG é muito alta em comparação com o laser de rubi.

Aplicação do laser Nd:YAG

Militar

Nd:YAGlasers são usados em projetores de laser e telêmetros de laser. Um designador de laser é uma fonte de luz laser, que é usada para apontar objetos para ataque. Um telêmetro a laser é um telêmetro, que usa uma luz laser para determinar a distância a um objeto.

Medicina

Nd: Os lasers YAG são usados para corrigir a opacificação capsular posterior (uma condição que pode ocorrer após uma cirurgia de catarata).

Nd:Os lasers YAG são usados para remover os cancros da pele.

Fabricação

Nd:YAGlasers são usados para gravar ou marcar uma variedade de plásticos e metais.

Nd:Os YAGlasers são usados para cortar e soldar aço.