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레이저 게인 매체란 무엇입니까?
레이저 이득 매질은 유도 방출에 의해 빛을 증폭시키는 물질입니다. 매질의 원자나 분자가 더 높은 에너지 수준으로 여기되면 더 낮은 에너지 상태로 돌아갈 때 특정 파장의 광자를 방출할 수 있습니다. 이 과정은 매질을 통과하는 빛을 증폭시키며, 이는 레이저 작동의 기본입니다.
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일반적인 이득 매체는 무엇입니까?
이득 매체는 다음을 포함하여 다양할 수 있습니다.가스, 액체(염료), 고체(희토류 또는 전이 금속 이온으로 도핑된 결정 또는 유리) 및 반도체.고체 레이저예를 들어, Nd:YAG(네오디뮴 도핑 이트륨 알루미늄 가넷)과 같은 결정이나 희토류 원소가 도핑된 유리를 자주 사용합니다. 염료 레이저는 용매에 용해된 유기 염료를 사용하고, 가스 레이저는 가스 또는 가스 혼합물을 사용합니다.
레이저 막대(왼쪽에서 오른쪽으로): Ruby, Alexandrite, Er:YAG, Nd:YAG
이득 매질로서 Nd(네오디뮴), Er(에르븀) 및 Yb(이테르븀)의 차이점
주로 방출 파장, 에너지 전달 메커니즘 및 응용, 특히 도핑된 레이저 재료와 관련된 응용 분야와 관련이 있습니다.
방출 파장:
- Er: 에르븀은 일반적으로 1.55μm에서 방출하는데, 이는 눈에 안전한 영역에 있고 광섬유 손실이 낮기 때문에 통신 응용 분야에 매우 유용합니다(Gong et al., 2016).
- Yb: 이테르븀은 종종 1.0~1.1μm 정도를 방출하므로 고출력 레이저 및 증폭기를 포함한 광범위한 응용 분야에 적합합니다. Yb는 에너지를 Yb에서 Er로 전달하여 Er 도핑된 장치의 효율성을 향상시키기 위해 Er에 대한 증감제로 자주 사용됩니다.
- Nd: 네오디뮴이 첨가된 재료는 일반적으로 약 1.06μm를 방출합니다. 예를 들어 Nd:YAG는 효율성으로 유명하며 산업용 및 의료용 레이저 모두에서 널리 사용됩니다(Y. Chang et al., 2009).
에너지 전달 메커니즘:
- Er 및 Yb 공동 도핑: 호스트 매체에서 Er 및 Yb의 공동 도핑은 1.5-1.6 µm 범위의 방출을 향상시키는 데 유용합니다. Yb는 펌프 광을 흡수하고 에너지를 Er 이온으로 전달하여 통신 대역에서 방출을 증폭시켜 Er에 대한 효율적인 증감제 역할을 합니다. 이러한 에너지 전달은 Er 도핑 광섬유 증폭기(EDFA)의 작동에 매우 중요합니다(DK Vysokikh et al., 2023).
- Nd: Nd는 일반적으로 Er 도핑된 시스템에서 Yb와 같은 증감제가 필요하지 않습니다. Nd의 효율성은 펌프 광의 직접적인 흡수와 그에 따른 방출에서 파생되므로 간단하고 효율적인 레이저 이득 매체가 됩니다.
신청:
- 어:실리카 광섬유의 최소 손실 창과 일치하는 1.55μm의 방출로 인해 통신에 주로 사용됩니다. Er 도핑된 이득 매질은 장거리 광섬유 통신 시스템의 광 증폭기 및 레이저에 중요합니다.
- 이브:효율적인 다이오드 펌핑과 높은 전력 출력을 허용하는 상대적으로 단순한 전자 구조로 인해 고전력 애플리케이션에 자주 사용됩니다. Yb 도핑 재료는 Er 도핑 시스템의 성능을 향상시키는 데에도 사용됩니다.
- Nd: 산업용 절단 및 용접부터 의료용 레이저까지 광범위한 응용 분야에 적합합니다. Nd:YAG 레이저는 효율성, 출력 및 다양성 측면에서 특히 높이 평가됩니다.
DPSS 레이저의 이득 매질로 Nd:YAG를 선택한 이유는 무엇입니까?
DPSS 레이저는 반도체 레이저 다이오드에 의해 펌핑되는 고체 이득 매질(예: Nd:YAG)을 사용하는 레이저 유형입니다. 이 기술을 통해 가시-적외선 스펙트럼에서 고품질 빔을 생성할 수 있는 작고 효율적인 레이저가 가능해졌습니다. 자세한 기사를 보려면 평판이 좋은 과학 데이터베이스나 출판사를 통해 DPSS 레이저 기술에 대한 포괄적인 리뷰를 검색하는 것이 좋습니다.
[관련상품 :다이오드 펌프 고체 레이저]
Nd:YAG는 다양한 연구에서 강조된 바와 같이 여러 가지 이유로 반도체 펌핑 레이저 모듈의 이득 매체로 자주 사용됩니다.
1. 고효율 및 전력 출력: 다이오드 측면 펌프 Nd:YAG 레이저 모듈의 설계 및 시뮬레이션은 넓은 주파수 범위에서 펄스당 일정한 에너지를 유지하면서 최대 평균 전력 220W를 제공하는 다이오드 측면 펌프 Nd:YAG 레이저를 사용하여 상당한 효율성을 보여주었습니다. 이는 다이오드로 펌핑할 때 Nd:YAG 레이저의 고효율 및 고출력 잠재력을 나타냅니다(Lera et al., 2016).
2. 운영 유연성 및 신뢰성: Nd:YAG 세라믹은 높은 광학 대 광학 효율로 눈에 안전한 파장을 포함한 다양한 파장에서 효율적으로 작동하는 것으로 나타났습니다. 이는 다양한 레이저 응용 분야에서 이득 매체로서 Nd:YAG의 다양성과 신뢰성을 입증합니다(Zhang et al., 2013).
3.수명 및 빔 품질: 고효율 다이오드 펌프 Nd:YAG 레이저에 대한 연구에서는 수명과 일관된 성능이 강조되었으며, 이는 Nd:YAG가 내구성 있고 신뢰할 수 있는 레이저 소스가 필요한 응용 분야에 적합함을 나타냅니다. 이 연구에서는 광학적 손상 없이 4.8 x 10^9 이상의 샷으로 확장된 작동을 보고했으며 우수한 빔 품질을 유지했습니다(Coyle et al., 2004).
4. 매우 효율적인 연속파 작동:연구에 따르면 Nd:YAG 레이저의 매우 효율적인 연속파(CW) 작동이 입증되었으며, 다이오드 펌프 레이저 시스템의 이득 매체로서의 효율성이 강조되었습니다. 여기에는 높은 광 변환 효율과 기울기 효율을 달성하는 것이 포함되며, 고효율 레이저 응용 분야에 대한 Nd:YAG의 적합성을 더욱 입증합니다(Zhu et al., 2013).
고효율, 전력 출력, 작동 유연성, 신뢰성, 수명 및 우수한 빔 품질의 조합으로 인해 Nd:YAG는 광범위한 응용 분야의 반도체 펌핑 레이저 모듈에서 선호되는 이득 매체입니다.
참조
Chang, Y., Su, K., Chang, H., & Chen, Y. (2009). 자체 라만 매질로 이중 말단 확산 결합 Nd:YVO4 결정을 사용하는 1525nm의 컴팩트하고 효율적인 Q 스위치 눈에 안전한 레이저입니다. 광학 익스프레스, 17(6), 4330-4335.
Gong, G., Chen, Y., Lin, Y., Huang, J., Gong, X., Luo, Z., & Huang, Y. (2016). 유망한 155 µm 레이저 이득 매질로서 Er:Yb:KGd(PO3)_4 결정의 성장 및 분광 특성. 광학 재료 익스프레스, 6, 3518-3526.
Vysokikh, DK, Bazakutsa, A., Dorofeenko, AV, & Butov, O. (2023). 광섬유 증폭기 및 레이저에 대한 Er/Yb 이득 매질의 실험 기반 모델. 미국광학회지 B.
Lera, R., Valle-Brozas, F., Torres-Peiró, S., Ruiz-de-la-Cruz, A., Galán, M., Bellido, P., Seimetz, M., Benlloch, J., & 로소, L. (2016). 다이오드 측면 펌프 QCW Nd:YAG 레이저의 이득 프로파일 및 성능 시뮬레이션. 응용광학, 55(33), 9573-9576.
Zhang, H., Chen, X., Wang, Q., Zhang, X., Chang, J., Gao, L., Shen, H., Cong, Z., Liu, Z., Tao, X., & 리, P. (2013). 1442.8 nm에서 작동하는 고효율 Nd:YAG 세라믹 눈에 안전한 레이저. 광학 편지, 38(16), 3075-3077.
Coyle, DB, Kay, R., Stysley, P., & Poulios, D. (2004). 우주 기반 식생 지형 고도 측정을 위한 효율적이고 안정적이며 수명이 긴 다이오드 펌프 Nd:YAG 레이저입니다. 응용광학, 43(27), 5236-5242.
Zhu, HY, Xu, CW, Zhang, J., Tang, D., Luo, D., & Duan, Y. (2013). 946nm의 고효율 연속파 Nd:YAG 세라믹 레이저입니다. 레이저 물리학 편지, 10.
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목차：
- 1. 레이저 이득 매질이란 무엇입니까?
- 2.일반적인 이득 매체는 무엇입니까?
- 3.nd, er, yb의 차이점
- 4. Nd:Yag를 이득 매체로 선택한 이유
- 5. 참고문헌 목록(추가 자료)
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게시 시간: 2024년 3월 13일