เออร์เบียม (Er) เจือแก้วฟอสเฟตแสดงคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์มากมาย ซึ่งนำไปสู่ความต้องการที่เพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาสำหรับ Er: เลเซอร์แก้วสำหรับการใช้งานเป็นที่หลากหลาย เช่น การหาระยะด้วยเลเซอร์ การสื่อสารทางไกล โรคผิวหนัง และสเปกโทรสโกปีแบบสลายด้วยเลเซอร์ (LIBS).เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เออร์เบียมช่วยให้สามารถสื่อสารทั่วโลกได้อย่างรวดเร็วในสายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแปซิฟิกระหว่างฮ่องกงและลอสแองเจลิส Er: เครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์แก้วถูกนำมาใช้มากขึ้นในแอปพลิเคชั่นการป้องกันและการลาดตระเวน, และEr: เลเซอร์เพื่อความงามของแก้วกำลังได้รับความสนใจสำหรับลบรอยแผลเป็นและแม้กระทั่งรักษาผมร่วงเกิดจากผมร่วงแบบแอนโดรเจเนติก
พื้นที่การใช้งานที่เพิ่มขึ้นเหล่านี้ต้องการแก้วเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงพร้อมความคลาดเคลื่อนของมิติที่ต้องการและการเคลือบด้วยเลเซอร์กำลังสูงค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดทำให้ผู้ประกอบระบบมั่นใจได้ว่าสามารถวางส่วนประกอบในระบบได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องเสียเวลาในการจัดตำแหน่ง แต่ข้อกำหนดเหล่านี้สร้างความท้าทายให้กับผู้ผลิตกระจกเลเซอร์การควบคุมกระบวนการและการให้ความสำคัญกับมาตรวิทยาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับผู้ผลิตแก้วเลเซอร์เพื่อสร้างส่วนประกอบที่เรียกร้องซึ่งจำเป็นสำหรับพื้นที่ออปติกเลเซอร์ NIR ที่กำลังเติบโต
ทำไมต้องเป็นแก้วเจือเออร์เบียม?
ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีเลเซอร์ที่ใช้ฟอสเฟตในแง่ของกำลังขับที่ดีขึ้น ระยะเวลาพัลส์ที่สั้นลง ขนาดระบบที่ลดลง และความยาวคลื่นการทำงานใหม่เลเซอร์ Er:glass มักปล่อยที่ความยาวคลื่นที่ปลอดภัยต่อสายตาคือ 1540nm, 1550nm หรือ 1570nm ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในการค้นหาระยะและสถานการณ์อื่นๆ ที่ผู้คนอาจสัมผัสกับลำแสงความยาวคลื่นเหล่านี้ได้รับประโยชน์จากการส่งผ่านสูงผ่านชั้นบรรยากาศ1540 นาโนเมตรยังมีการดูดซึมเมลานินน้อยที่สุด ทำให้ Er: เลเซอร์แก้วเหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานเลเซอร์เพื่อความงามในผู้ป่วยที่มีผิวคล้ำ
รูปที่ 1 สถานะพลังงานของเออร์เบียมEr: เลเซอร์แก้วมักจะถูกปั๊มด้วยเลเซอร์ 800nm หรือ 980nm และปล่อยที่ 1540nm หรือ 1570nm
แก้วฟอสเฟตมีการส่งผ่านสูงและสามารถเจือด้วยอะตอมของธาตุหายาก เช่น เออร์เบียมและอิตเทอร์เบียม เพื่อให้สามารถเข้าถึงการผกผันของประชากรและเลเซอร์เมื่อสัมผัสกับความยาวคลื่นของปั๊มที่ 800 นาโนเมตรหรือ 980 นาโนเมตร (รูปที่ 1)เอ่อ: กระจกสามารถถูกปั๊มด้วยโฟตอนที่ 1480 นาโนเมตรได้ แต่นี่เป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาเพราะประสิทธิภาพอาจลดลงได้โดยการปั๊มและกระตุ้นการปล่อยที่เกิดขึ้นในความยาวคลื่นและแถบพลังงานเดียวกัน[3]แก้วฟอสเฟตยังได้รับประโยชน์จากความเสถียรทางเคมีและเกณฑ์ความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์สูง (LIDTs) ทำให้ Er:glass และแก้วเจือฟอสเฟตอื่นๆ เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสื่อรับเลเซอร์ NIR
แก้วฟอสเฟตมีความสามารถในการละลายไอออนของธาตุหายากได้สูงกว่าแก้วซิลิเกต ซึ่งมีโครงสร้างเมทริกซ์ที่แข็งกว่า[1]อย่างไรก็ตาม มีแบนด์วิธที่แคบกว่าแก้วซิลิเกตและดูดความชื้นได้เล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าจะดูดซับความชื้นจากอากาศได้มากกว่าดังนั้นจึงจำกัดการใช้งานในแบนด์วิธและระบบซึ่งจะได้รับการปกป้องอย่างเพียงพอจากความชื้นด้วยการเคลือบหรือออปติกอื่นๆ
ความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดและการควบคุมกระบวนการ
แอปพลิเคชันหลายรายการที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการค้นหาระยะด้วยเลเซอร์สำหรับการใช้งานด้านการป้องกัน มักต้องการส่วนประกอบ Er: แก้วขนาดเล็กที่มีความคลาดเคลื่อนของมิติที่แคบมากแผ่นกระจกเลเซอร์ขัดเงาอย่างประณีตเหล่านี้สามารถทิ้งลงในชุดประกอบโดยไม่จำเป็นต้องจัดตำแหน่งเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยสามารถย่อขนาดให้เท่ากับซิมการ์ดได้ และมักไม่มีมุมเอียงเนื่องจากมีขนาดเล็กมาก (รูปที่ 2)ทำให้มีโอกาสเกิดการกะเทาะขอบมากขึ้นการบรรลุข้อกำหนดด้านความขนานและคุณภาพพื้นผิวที่เข้มงวดบนส่วนประกอบขนาดเล็กเหล่านี้อาจเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างไม่น่าเชื่อรูรับแสงที่ชัดเจนหรือส่วนของพื้นผิวออปติคัลที่ต้องตรงตามข้อกำหนดทั้งหมดมักจะเกือบ 100% ทำให้เหลือพื้นที่เล็กน้อยหรือไม่มีข้อผิดพลาดบริเวณขอบของพื้นผิวออปติก
รูปที่ 2 Er:แผ่นกระจกที่ใช้สำหรับการค้นหาระยะด้วยเลเซอร์และการใช้งานเลเซอร์ NIR อื่นๆ มักมีขนาดเท่ากับซิมการ์ดทั่วไปหรือเล็กกว่า
เหตุใดจึงต้องผ่านปัญหาทั้งหมดนี้โซลูชันก่อนหน้านี้มักเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบย่อยขนาดใหญ่กว่าของส่วนประกอบคริสตัลหลายชิ้นที่ติดอยู่กับแถบ Nd: YAGส่วนประกอบเพิ่มเติมเหล่านี้อาจรวมถึงแผ่น Brewster ตัวดูดซับที่อิ่มตัวได้สำหรับ Q-switching แบบพาสซีฟ หรือคริสตัลสำหรับการแปลงความถี่คริสตัลแปลงความถี่มีความสำคัญในเครื่องวัดระยะหรือการใช้งานกลางแจ้งอื่นๆ เนื่องจากความยาวคลื่นที่เปล่งออกมาของนีโอไดเมียมนั้นอันตรายกว่าเออร์เบียมมาก และต้องเปลี่ยนให้มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นก่อนที่จะส่งได้อย่างปลอดภัยในระยะทางไกล
แอพพลิเคชั่นเรนจ์ไฟน์เดอร์มักมีความต้องการแรงกระแทกและแรงสั่นสะเทือน ซึ่งทำให้การประกอบชิ้นส่วนหลายชิ้นเข้าด้วยกันในขณะที่มีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดทั้งหมดทำได้ยากการเปลี่ยนจากการออกแบบเก่าเหล่านี้มาเป็น Er: glass ชิ้นเดียวที่ขัดเงาซึ่งทำงานเดียวกันได้สำเร็จด้วยการเคลือบแบบต่างๆ ลดขนาดและต้นทุนของระบบคริสตัล YAG มักใช้ที่มุมของ Brewster แต่ผลเช่นเดียวกันนี้สามารถทำได้โดยใช้การเคลือบเนื่องจาก Er:glass slabs จำเป็นต้องได้รับการเคลือบอยู่แล้ว จึงเป็นประโยชน์ที่จะเพิ่มการเคลือบประเภทนี้เพื่อให้มีฟังก์ชันการทำงานมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และประหยัดค่าใช้จ่ายในส่วนอื่นๆ
เนื่องจากแก้วฟอสเฟตดูดความชื้นได้เล็กน้อย หากทิ้งแก้ว Er: ที่ไม่เคลือบผิวไว้ข้างนอกเป็นเวลาหลายวัน แก้วจะเสื่อมสภาพได้ต้องมีการควบคุมคุณภาพพื้นผิวก่อนการเคลือบเพื่อป้องกันความชื้นไม่ให้เข้าไปในกระจกสารเคลือบที่เคลือบบนพื้นผิวขัดเงาของแผ่นกระจกขั้นสุดท้ายจะช่วยปกป้องจากการเสื่อมสภาพนี้
ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับ Er ขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง: แผ่นพื้นแก้วมีความตั้งฉาก <5 arcmin สำหรับขอบ <10 arcsec ของแนวตั้งฉากสำหรับปลาย และคุณภาพพื้นผิวดีกว่าการขุดแบบขูด 10-5 ครั้งข้อกำหนดที่เข้มงวดเหล่านี้ต้องการสภาพแวดล้อมที่สะอาด กระบวนการที่มีการควบคุมสูง และลดเวลาในการสัมผัส
โดยปกติแล้วกระจกเลเซอร์จะมีพื้นผิวขัดมันเพียงสองด้านที่ปลาย ในขณะที่พื้นผิวที่เหลือเป็นพื้น แต่บางด้านของ Er: glass slabs เหล่านี้ยังได้รับการขัดเงาและมีความทนทานสูงเพื่อให้จัดตำแหน่งได้ง่ายขึ้นการเลือกว่าจะขัดและเคลือบด้านใดก่อน ด้านใดควรขัดก่อนหรือหลังการเจียระไน และเมื่อใดควรใช้การขัดด้านเดียวหรือสองด้าน ล้วนเป็นตัวกำหนดต้นทุนและผลผลิตความแตกต่างของผลผลิตระหว่างกระบวนการที่ไม่ทราบข้อมูลกับกระบวนการที่ผู้ผลิตที่มีประสบการณ์ปรับแต่งให้เหมาะสมนั้นอาจมีขนาดใหญ่ถึง 3 เท่าได้อย่างง่ายดาย
เพื่อลดเวลาในการสัมผัสและเพิ่มผลผลิต เหมาะสมที่สุดที่จะทำการผลิตและการเคลือบทั้งหมดในสถานที่เดียวทุกครั้งที่ชิ้นส่วนที่ทำเสร็จบางส่วนถูกจัดส่งระหว่างสถานที่ต่างๆ โอกาสของการปนเปื้อนและความเสียหายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก พร้อมกับเวลารอคิวที่เพิ่มขึ้น
การเคลือบฝาสูงหลายชั้น
ความท้าทายประการหนึ่งของการผลิต Er:glass slabs ขนาดเล็กสำหรับการวัดระยะและการใช้งาน NIR ที่มีความแม่นยำอื่นๆ คือ การเคลือบหลายชั้นมักถูกเคลือบไว้บนด้านต่างๆ ของส่วนประกอบสิ่งนี้ทำได้ยากเนื่องจากการยึดเกาะและการปกป้องพื้นผิวที่ไม่ผ่านการเคลือบที่จำเป็นก่อนการเคลือบนอกจากนี้ยังเป็นความท้าทายสำหรับผู้ผลิตในการหลีกเลี่ยงการฉีดพ่นมากเกินไปหรือถูกเป่าที่ด้านหลังของแผ่นคอนกรีต ซึ่งจะต้องมีการป้องกันระหว่างการเคลือบปลายมีลักษณะการเคลือบป้องกันแสงสะท้อน (AR) พร้อมเกณฑ์ความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์สูง (LIDTs)ขอบยังมีการเคลือบ LIDT AR สูงเพื่อให้ลำแสงปั๊มเข้ามาได้กำลังของปั๊มจะสูงกว่าที่ปล่อยออกมาเสมอแผ่นพื้นสี่ด้านบางแผ่นยังมีการเคลือบเพิ่มเติมสำหรับกระจกโพรงสะท้อนแสงสูงในตัว การเลือกปฏิบัติตามความยาวคลื่น และการปฏิเสธแสงของปั๊ม
มาตรวิทยา: ถ้าคุณวัดไม่ได้ คุณก็สร้างไม่ได้
ความแม่นยำในการผลิตและการควบคุมกระบวนการจะไร้ประโยชน์หากไม่มีมาตรวิทยาที่เหมาะสมซึ่งจำเป็นสำหรับการวัดและตรวจสอบข้อมูลจำเพาะหลักอย่างเหมาะสมเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ เช่น ZYGO Verifier มักจะใช้ในการวัดความเรียบ แต่เมื่อทำการวัด Er:glass slabs ขนาดเล็ก พื้นผิวด้านหลังเริ่มรบกวนการวัดพื้นผิวด้านหน้าเนื่องจากข้อกำหนดด้านความขนานที่เรียกร้องผู้ปฏิบัติงานสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้โดยทาวาสลีนหรือสารอื่นที่พื้นผิวด้านหลัง แต่พื้นผิวนี้จำเป็นต้องได้รับการทำความสะอาดใหม่และมีโอกาสที่ส่วนประกอบจะเสียหายเพิ่มขึ้นอย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดในการวัดความเรียบช่วยลดผลกระทบจากพื้นผิวด้านหลัง และทำให้การวัดความเรียบทำได้รวดเร็วขึ้นและมีโอกาสเสียหายน้อยลงเศษที่ขอบของแผ่นพื้นสามารถป้องกันไม่ให้ผู้ปฏิบัติงานวัดความเรียบได้อย่างแม่นยำ ซึ่งทำให้การควบคุมกระบวนการในระหว่างการผลิตมีความสำคัญมากยิ่งขึ้นโดยทั่วไปแล้วความตั้งฉากและลิ่มจะถูกตรวจสอบโดยใช้เครื่องปรับแนวอัตโนมัติแบบ double pass
พื้นที่การใช้งานที่เพิ่มขึ้นสำหรับ Er: glass lasers จะยังคงผลักดันให้ผู้ผลิตชิ้นส่วนออปติกสร้างกระจกและการเคลือบด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงและสูงขึ้นการใช้งานเลเซอร์ที่ปลอดภัยต่อดวงตาขนาด 1540 นาโนเมตรและ 1570 นาโนเมตรช่วยให้การใช้งานปลอดภัยยิ่งขึ้น เพิ่มความมั่นใจผ่านขั้นตอนเลเซอร์เพื่อความสวยงาม และปรับปรุงการสื่อสารทางไกลคำแนะนำที่ดีที่สุดคือเมื่อพัฒนาระบบเลเซอร์ NIR;หารือเกี่ยวกับความต้องการใช้งานเฉพาะของคุณกับซัพพลายเออร์ส่วนประกอบของคุณเพื่อขอคำแนะนำในการเลือกกระจกเลเซอร์และส่วนประกอบอื่นๆ ที่เหมาะสม
บทความนี้เขียนโดย Cory Boone หัวหน้าวิศวกรการตลาดด้านเทคนิคของ Edmund Optics (Barrington, NJ) และ Mike Middleton ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการของ Edmund Optics Florida (Oldsmar, FL)
ข้อมูลผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมคุณสามารถเยี่ยมชมเว็บไซต์ของเรา:
https://www.erbiumtechnology.com/
อีเมล:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
โทรสาร: +86-2887897578
เพิ่ม: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu,610107, China
เวลาอัปเดต: เมษายน-01-2022
