LASER

Nd:Laser YAG

Definiția laserului Nd:YAG

Laserul Nd:YAG (Nd: YAG) este un laser în stare solidă în care Nd: YAG este utilizat ca mediu laser.

Aceste lasere au multe aplicații diferite în domeniul medical și științific pentru procese cum ar fi chirurgia Lasik și spectroscopia cu laser.

Laserul Nd: YAG este un sistem laser cu patru niveluri, ceea ce înseamnă că cele patru niveluri de energie sunt implicate în acțiunea laserului. Aceste lasere funcționează atât în modul pulsat, cât și în modul continuu.

Nd: YAG laser generează lumină laser în mod obișnuit în regiunea infraroșu apropiat a spectrului la 1064 nanometri (nm). Acesta emite, de asemenea, lumină laser la mai multe lungimi de undă diferite, inclusiv 1440 nm, 1320 nm, 1120 nm și 940 nm.

Construcția laserului Nd:YAG

Laserul Nd:YAG este format din trei elemente importante: o sursă de energie, un mediu activ și un rezonator optic.

Sursa de energie

Sursa de energie sau sursa de pompare furnizează energie mediului activ pentru a realiza inversiunea de populație. În cazul laserului Nd: YAG, sursele de energie luminoasă, cum ar fi flashtube sau diode laser, sunt utilizate ca sursă de energie pentru a furniza energie mediului activ.

În trecut, ca sursă de pompare se foloseau mai ales flashtube, datorită costului său scăzut. Cu toate acestea, în zilele noastre, diodele laser sunt preferate în detrimentul flashtuburilor datorită eficienței sale ridicate și a costului redus.

Mediu activ

Mediul activ sau mediul laser al laserului Nd:YAG este alcătuit dintr-un material cristalin sintetic (Yttrium Aluminum Garnet (YAG)) dopat cu un element chimic (neodim (Nd)). Electronii din starea de energie inferioară a ionilor de neodim sunt excitați în starea de energie superioară pentru a asigura acțiunea laser în mediul activ.

Rezonator optic

Cristalul Nd:YAG este plasat între două oglinzi. Aceste două oglinzi sunt acoperite optic sau argintate.

Care oglindă este argintată sau acoperită diferit. O oglindă este complet argintată în timp ce, o altă oglindă este parțial argintată. Oglinda care este complet argintată va reflecta complet lumina și este cunoscută sub numele de oglindă complet reflectantă.

Pe de altă parte, oglinda care este parțial argintată va reflecta cea mai mare parte a luminii, dar permite trecerea unei mici porțiuni de lumină prin ea pentru a produce fasciculul laser. Această oglindă este cunoscută sub numele de oglindă parțial reflectantă.

Funcționarea laserului Nd:YAG

Laserul Nd:YAG este un sistem laser cu patru niveluri, ceea ce înseamnă că cele patru niveluri de energie sunt implicate în acțiunea laserului. Sursele de energie luminoasă, cum ar fi blițurile sau diodele laser, sunt utilizate pentru a furniza energie mediului activ.

În laserul Nd:YAG, electronii din starea de energie inferioară din ionii de neodim sunt excitați în starea de energie superioară pentru a realiza inversiunea de populație.

Considerăm un mediu activ de cristal Nd:YAG format din patru niveluri de energie E1, E2, E3 și E4 cu un număr N de electroni. Numărul de electroni din stările energetice E1, E2, E3 și E4 va fi N1, N2, N3 și N4.

Să presupunem că nivelurile energetice vor fi E1 < E2 <E3 <E4. Nivelul energetic E1 este cunoscut ca stare fundamentală, E2 este starea energetică imediat superioară sau starea excitată, E3 este starea metastabilă sau starea excitată, iar E4 este starea de pompare sau starea excitată. Să presupunem că, inițial, populația va fi N1 > N2 > N3 > N4.

Când tubullash sau dioda laser furnizează energie luminoasă mediului activ (cristalul Nd:YAG), electronii din starea de energie inferioară (E1) din ionii de neodim obțin suficientă energie și se deplasează în starea de pompare sau starea de energie superioară E4.

Viața de viață a stării de pompare sau a stării de energie superioară E4 este foarte mică (230 microsecunde (µs)), astfel încât electronii din starea de energie E4 nu rămân pentru o perioadă lungă de timp. După o perioadă scurtă de timp, electronii vor cădea în următoarea stare de energie inferioară sau în starea metastabilă E3 prin eliberarea de energie neradiabilă (eliberarea de energie fără emiterea de fotoni).

Viața de viață a stării metastabile E3 este mare în comparație cu durata de viață a stării de pompare E4. Prin urmare, electronii ajung în E3 mult mai repede decât părăsesc E3. Acest lucru duce la o creștere a numărului de electroni în starea E3 metastabilă și, prin urmare, se realizează inversiunea de populație.

După o anumită perioadă, electronii din starea E3 metastabilă vor cădea în următoarea stare de energie inferioară E2 prin eliberarea de fotoni sau lumină. Emisia de fotoni în acest mod se numește emisie spontană.

Viața de viață a stării energetice E2 este foarte mică, la fel ca și cea a stării energetice E4. Prin urmare, după o perioadă scurtă de timp, electronii din starea energetică E2 vor cădea înapoi în starea fundamentală E1 prin eliberarea de energie fără radiație.

Când fotonul emis datorită emisiei spontane interacționează cu celălalt electron din starea metastabilă, acesta stimulează acel electron și îl face să cadă în starea energetică inferioară prin eliberarea fotonului. Ca urmare, sunt eliberați doi fotoni. Emisia de fotoni în acest mod se numește emisie stimulată de radiații.

Când acești doi fotoni interacționează din nou cu electronii din starea metastabilă, sunt eliberați patru fotoni. În mod similar, sunt emiși milioane de fotoni. Astfel, se obține un câștig optic.

Emisia spontană este un proces natural, dar emisia stimulată nu este un proces natural. Pentru a realiza emisia stimulată, trebuie să furnizăm fotoni sau lumină externă mediului activ.

Mediul activ Nd:YAG generează fotoni sau lumină datorită emisiei spontane. Lumina sau fotonii generați în mediul activ vor ricoșa înainte și înapoi între cele două oglinzi. Acest lucru stimulează alți electroni să cadă în starea de energie inferioară prin eliberarea de fotoni sau lumină. În mod similar, milioane de electroni sunt stimulați să emită fotoni.

Lumina generată în mediul activ este reflectată de mai multe ori între oglinzi înainte de a scăpa prin oglinda parțial reflectantă.

Vantajele laserului Nd:YAG

• Consum redus de energie
• Laserul Nd:YAG oferă un câștig ridicat.
• Laserul Nd:YAG are proprietăți termice bune.
• Laserul Nd:YAG are proprietăți mecanice bune.
• Eficiența laserului Nd:YAG este foarte mare în comparație cu cea a laserului cu rubin.

Aplicații ale laserului Nd:YAG

Militar

Laserii Nd:YAG sunt folosiți în designatoare laser și telemetre laser. Un designator laser este o sursă de lumină laser, care este folosită pentru a ținti obiecte pentru atac. Un telemetru laser este un telemetru, care utilizează o lumină laser pentru a determina distanța până la un obiect.

Medicină

Laserele Nd: YAG sunt utilizate pentru a corecta opacifierea capsulară posterioară (o afecțiune care poate apărea după o operație de cataractă).

Laserii Nd:YAG sunt utilizați pentru a îndepărta cancerele de piele.

Fabricare

Nd:YAGlaserele sunt utilizate pentru gravarea sau marcarea unei varietăți de materiale plastice și metale.

Nd:YAGlaser sunt utilizate pentru tăierea și sudarea oțelului.

.