एनआईआर लेजर के लिए उच्च परिशुद्धता ग्लास बनाना - एर्बियम (ईआर) डोप्ड फॉस्फेट ग्लास

एर्बियम (एर) डोप्ड फॉस्फेट ग्लासकई लाभकारी गुणों को प्रदर्शित करता है, जिसके कारण हाल के वर्षों में अनुप्रयोगों के लिए एर: ग्लास लेजर की मांग में वृद्धि हुई हैलेजर रेंजफाइंडिंग, लंबी दूरी की संचार, त्वचाविज्ञान, और लेजर-प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एलआईबीएस) के रूप में व्यापक.एर्बियम फाइबर एम्पलीफायर हांगकांग और लॉस एंजिल्स के बीच ट्रांसपेसिफिक केबल में तेजी से वैश्विक संचार सक्षम करते हैं, एर: ग्लास लेजर रेंजफाइंडर का तेजी से उपयोग किया जा रहा हैरक्षा अनुप्रयोग और टोही, औरएर: ग्लास सौंदर्यपरक लेजरके लिए आकर्षण प्राप्त कर रहे हैंदाग हटानाऔर भीबालों के झड़ने का इलाजएंड्रोजेनेटिक एलोपेसिया के कारण।

इन बढ़ते अनुप्रयोग स्थानों के लिए आयामी सहनशीलता और उच्च-शक्ति लेजर कोटिंग्स के साथ उच्च परिशुद्धता वाले लेजर ग्लास की आवश्यकता होती है।सख्त सहनशीलता सिस्टम इंटीग्रेटर्स को विश्वास दिलाती है कि घटकों को समय लेने वाली संरेखण के बिना आसानी से उनके सिस्टम में रखा जा सकता है, लेकिन ये विशिष्टताएं लेजर ग्लास निर्माताओं के लिए एक चुनौती पेश करती हैं।बढ़ते एनआईआर लेजर ऑप्टिक्स क्षेत्र के लिए आवश्यक मांग वाले घटकों को बनाने के लिए लेजर ग्लास निर्माताओं के लिए प्रक्रिया नियंत्रण और मेट्रोलॉजी पर ध्यान देना आवश्यक है।

अर्बियम-डोप्ड ग्लास क्यों?

पिछले कई दशकों में, बेहतर आउटपुट पावर, छोटी पल्स अवधि, कम सिस्टम आकार और नई ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य के संदर्भ में फॉस्फेट-आधारित लेजर तकनीक में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है।एर: ग्लास लेज़र आमतौर पर 1540 एनएम, 1550 एनएम, या 1570 एनएम की आंखों के लिए सुरक्षित तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित होते हैं, जो रेंजफाइंडिंग और अन्य स्थितियों में अत्यधिक फायदेमंद है जहां लोग किरणों के संपर्क में आ सकते हैं।ये तरंग दैर्ध्य वायुमंडल के माध्यम से उच्च संचरण से लाभान्वित होते हैं।1540एनएम भी मेलेनिन द्वारा न्यूनतम अवशोषण का अनुभव करता है, जिससे एर: ग्लास लेजर गहरे रंग वाले रोगियों पर सौंदर्य लेजर अनुप्रयोगों के लिए इष्टतम बन जाता है।

चित्र 1. एरबियम की ऊर्जा अवस्थाएँ।एर: ग्लास लेज़रों को आमतौर पर 800nm ​​या 980nm लेज़र से पंप किया जाता है और 1540nm या 1570nm पर उत्सर्जित किया जाता है।

फॉस्फेट ग्लास उच्च संचरण तक पहुंचता है और इसे अर्बियम और यटरबियम जैसे दुर्लभ-पृथ्वी परमाणुओं के साथ डोप किया जा सकता है ताकि यह 800 एनएम या 980 एनएम (चित्रा 1) के पंप तरंग दैर्ध्य के संपर्क में आने पर जनसंख्या उलटा और लेज़ तक पहुंच सके।एर: ग्लास को 1480 एनएम पर फोटॉनों द्वारा भी पंप किया जा सकता है, लेकिन यह अवांछनीय है क्योंकि पंपिंग द्वारा दक्षता कम की जा सकती है और समान तरंग दैर्ध्य और ऊर्जा बैंड में होने वाले उत्सर्जन को उत्तेजित किया जा सकता है। [3]फॉस्फेट ग्लास रासायनिक स्थिरता और उच्च लेजर-प्रेरित क्षति थ्रेसहोल्ड (एलआईडीटी) से भी लाभान्वित होते हैं, जिससे ईआर: ग्लास और अन्य डोप्ड फॉस्फेट ग्लास एनआईआर लेजर गेन मीडिया के लिए आदर्श उम्मीदवार बन जाते हैं।

फॉस्फेट ग्लास में सिलिकेट ग्लास की तुलना में दुर्लभ पृथ्वी आयनों की घुलनशीलता अधिक होती है, जिसमें अधिक कठोर मैट्रिक्स संरचना होती है।[1]हालाँकि, उनमें सिलिकेट ग्लास की तुलना में संकीर्ण बैंडविड्थ होती है और वे थोड़े हीड्रोस्कोपिक होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे हवा से अधिक नमी को अवशोषित करते हैं।इसलिए, वे अपने बैंडविड्थ और सिस्टम में अनुप्रयोगों तक सीमित हैं जहां उन्हें कोटिंग्स या अन्य प्रकाशिकी द्वारा नमी से पर्याप्त रूप से संरक्षित किया जाएगा।

सख्त सहनशीलता और प्रक्रिया नियंत्रण

पहले चर्चा किए गए कई अनुप्रयोगों, विशेष रूप से रक्षा अनुप्रयोगों के लिए लेजर रेंजफाइंडिंग, को अक्सर बेहद सख्त आयामी सहनशीलता वाले छोटे एर: ग्लास घटकों की आवश्यकता होती है।लेज़र ग्लास के इन बारीक पॉलिश किए गए स्लैबों को असेंबलियों में डाला जा सकता है, जिसमें बहुत कम या बिना किसी संरेखण की आवश्यकता होती है।वे एक सिम कार्ड के आकार तक पहुंच सकते हैं और अक्सर उनमें बेवल की सुविधा नहीं होती है क्योंकि वे बहुत छोटे होते हैं (चित्रा 2)।इससे किनारे के छिलने की संभावना अधिक हो जाती है।इन छोटे घटकों पर कड़ी समानता और सतह गुणवत्ता विनिर्देश प्राप्त करना अविश्वसनीय रूप से चुनौतीपूर्ण हो सकता है।स्पष्ट एपर्चर, या ऑप्टिकल सतह का हिस्सा जो सभी विशिष्टताओं को पूरा करना चाहिए, अक्सर लगभग 100% होता है, जिससे ऑप्टिकल सतहों के किनारों के आसपास त्रुटि के लिए बहुत कम या कोई जगह नहीं बचती है।

चित्र 2. एर: लेजर रेंजफाइंडिंग और अन्य एनआईआर लेजर अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले ग्लास स्लैब अक्सर एक सामान्य सिम कार्ड के आकार या छोटे होते हैं।

तो इतनी परेशानी क्यों झेलें?पिछले समाधानों में अक्सर एनडी: वाईएजी बार से जुड़े कई क्रिस्टल घटकों की बड़ी उप-असेंबली शामिल होती थीं।इन अतिरिक्त घटकों में ब्रूस्टर प्लेटें, निष्क्रिय क्यू-स्विचिंग के लिए संतृप्त अवशोषक, या आवृत्ति रूपांतरण क्रिस्टल शामिल हो सकते हैं।फ़्रीक्वेंसी रूपांतरण क्रिस्टल रेंजफाइंडर या अन्य खुली हवा के अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हैं क्योंकि नियोडिमियम की उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य एरबियम की तुलना में बहुत अधिक खतरनाक है और इसे लंबी दूरी पर सुरक्षित रूप से प्रसारित करने से पहले इसे लंबी तरंग दैर्ध्य में स्थानांतरित किया जाना चाहिए।

रेंजफाइंडर अनुप्रयोगों में अक्सर झटके और कंपन की आवश्यकता होती है, जिससे सभी विशिष्टताओं को पूरा करते हुए कई घटकों को एक साथ जोड़ना मुश्किल हो जाता है।इन पुराने डिज़ाइनों से एर: ग्लास के एकल, पॉलिश किए गए टुकड़े की ओर बढ़ते हुए विभिन्न कोटिंग्स के साथ समान कार्यों को पूरा करने से सिस्टम का आकार और लागत कम हो गई।YAG क्रिस्टल का उपयोग अक्सर ब्रूस्टर के कोण पर किया जाता है, लेकिन कोटिंग्स का उपयोग करके समान प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है।चूंकि एर:ग्लास स्लैब को किसी भी तरह से लेपित करने की आवश्यकता होती है, इसलिए यथासंभव अधिक कार्यक्षमता लाने और अन्यत्र लागत बचाने के लिए इस प्रकार की कोटिंग जोड़ना फायदेमंद होता है।

क्योंकि फॉस्फेट ग्लास थोड़े हीड्रोस्कोपिक होते हैं, अगर बिना लेपित एर: ग्लास को कई दिनों तक बाहर छोड़ दिया जाए तो यह खराब हो सकता है।नमी को कांच में जाने से रोकने के लिए कोटिंग से पहले सतह की गुणवत्ता को नियंत्रित किया जाना चाहिए।अंतिम ग्लास स्लैब की पॉलिश सतहों पर जमा कोटिंग उन्हें इस गिरावट से बचाने में मदद करती है।

छोटे, उच्च परिशुद्धता वाले एर के लिए सामान्य विशिष्टताएँ: ग्लास स्लैब किनारों के लिए <5 आर्कमिन लंबवतता, <सिरों के लिए लंबवतता के 10 आर्कसेक, और सतह की गुणवत्ता 10-5 स्क्रैच डिग से बेहतर है।इन मांगलिक विशिष्टताओं के लिए स्वच्छ वातावरण, अत्यधिक नियंत्रित प्रक्रियाओं और न्यूनतम स्पर्श समय की आवश्यकता होती है।

लेजर ग्लास में आम तौर पर सिरों पर केवल दो पॉलिश सतहें होती हैं जबकि बाकी सतहें जमीन पर होती हैं, लेकिन इन एर: ग्लास स्लैब के कुछ किनारों को भी पॉलिश किया जाता है और संरेखण को सरल बनाने के लिए अत्यधिक सहनशील होता है।पहले किस पक्ष को पॉलिश और कोट करना है, किस पक्ष को डाइसिंग से पहले या बाद में पॉलिश करना है, और कब सिंगल-साइड या डबल-साइड पॉलिशिंग का उपयोग करना है, यह सब लागत और उपज निर्धारित करते हैं।एक अनजान प्रक्रिया और एक अनुभवी निर्माता द्वारा अनुकूलित प्रक्रिया के बीच उपज में अंतर आसानी से तीन के कारक जितना बड़ा हो सकता है।

स्पर्श के समय को कम करने और पैदावार में सुधार करने के लिए, सभी विनिर्माण और कोटिंग को एक ही स्थान पर निष्पादित करना इष्टतम है।हर बार जब आंशिक रूप से तैयार हिस्से को विभिन्न स्थानों के बीच भेजा जाता है तो अतिरिक्त कतार समय के साथ-साथ संदूषण और क्षति की संभावना बहुत बढ़ जाती है।

मल्टीपल हाई-लिड कोटिंग्स

रेंजफाइंडिंग और अन्य सटीक एनआईआर अनुप्रयोगों के लिए छोटे ईआर: ग्लास स्लैब के निर्माण में एक चुनौती यह है कि घटक के विभिन्न पहलुओं पर अक्सर कई कोटिंग्स जमा की जाती हैं।कोटिंग से पहले प्राचीन बिना लेपित सतहों की आवश्यक स्थिरता और सुरक्षा के कारण यह मुश्किल है।निर्माताओं के लिए स्लैब के पिछले हिस्से पर ओवरस्प्रे या ब्लो-बाय से बचना भी एक चुनौती है, जिसे कोटिंग के दौरान संरक्षित किया जाना चाहिए।सिरों में उच्च लेज़-प्रेरित क्षति थ्रेशोल्ड (LIDTs) के साथ एंटी-रिफ्लेक्टिव (AR) कोटिंग्स होती हैं।पंप बीम को अंदर जाने देने के लिए किनारों पर उच्च एलआईडीटी एआर कोटिंग्स भी हैं।पंप की शक्ति हमेशा उत्सर्जन की तुलना में अधिक होती है।कुछ चार-तरफा स्लैब में अंतर्निर्मित उच्च-परावर्तन गुहा दर्पण, तरंग दैर्ध्य भेदभाव और पंप प्रकाश अस्वीकृति के लिए अतिरिक्त कोटिंग भी होती है।

मेट्रोलॉजी: यदि आप इसे माप नहीं सकते तो आप इसे नहीं बना सकते

प्रमुख विशिष्टताओं को ठीक से मापने और सत्यापित करने के लिए आवश्यक उचित मेट्रोलॉजी के बिना विनिर्माण परिशुद्धता और प्रक्रिया नियंत्रण बेकार है।लेजर इंटरफेरोमीटर, जैसे कि ZYGO सत्यापनकर्ता, का उपयोग अक्सर समतलता को मापने के लिए किया जाता है, लेकिन छोटे एर: ग्लास स्लैब को मापते समय पीछे की सतह समांतरता विनिर्देश की मांग के कारण सामने की सतह के माप में हस्तक्षेप करना शुरू कर देती है।संचालक पिछली सतह पर वैसलीन या कोई अन्य पदार्थ लगाकर इससे निजात पा सकते हैं, लेकिन फिर इस सतह को फिर से साफ करने की आवश्यकता होती है और घटक क्षति की संभावना बढ़ जाती है।हालाँकि, समतलता माप में हाल की प्रगति ने पिछली सतह से प्रभाव को खत्म कर दिया है और समतलता माप को अधिक तेज़ी से और क्षति की कम संभावना के साथ करने की अनुमति दी है।स्लैब के किनारों पर लगे चिप्स ऑपरेटरों को समतलता को सटीक रूप से मापने से रोक सकते हैं, जो विनिर्माण के दौरान प्रक्रिया नियंत्रण को और भी महत्वपूर्ण बनाता है।लंबवतता और पच्चर को आम तौर पर डबल पास ऑटोकॉलिमेटर का उपयोग करके सत्यापित किया जाता है।

एर: ग्लास लेज़रों के लिए बढ़ता अनुप्रयोग स्थान ऑप्टिकल घटक निर्माताओं को उच्च और उच्च परिशुद्धता वाले लेज़र ग्लास और कोटिंग्स बनाने के लिए प्रेरित करता रहेगा।1540 एनएम और 1570 एनएम नेत्र-सुरक्षित लेजर अनुप्रयोग उपयोग को सुरक्षित बनाने, सौंदर्य लेजर प्रक्रियाओं के माध्यम से आत्मविश्वास बढ़ाने और लंबी दूरी के संचार में सुधार करने में मदद करते हैं।उपलब्ध सर्वोत्तम सलाह यह है कि एनआईआर लेजर प्रणाली विकसित करते समय;उचित लेजर ग्लास और अन्य घटकों के सूक्ष्म चयन में मार्गदर्शन के लिए अपने घटक आपूर्तिकर्ता के साथ अपनी विशिष्ट एप्लिकेशन आवश्यकताओं पर चर्चा करें।

यह लेख कोरी बून, लीड टेक्निकल मार्केटिंग इंजीनियर, एडमंड ऑप्टिक्स (बैरिंगटन, एनजे) और माइक मिडलटन, ऑपरेशंस मैनेजर, एडमंड ऑप्टिक्स फ्लोरिडा (ओल्ड्समर, एफएल) द्वारा लिखा गया था।

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