Тел. : +7 (383) 212-68-18

Позвонить

whatsapp: +7 913 734 27 45

Написать

Чем отличаются неодимовые кристаллы?

Дата публикации: 02.02.19

Как выбрать кристалл для Nd:YAG лазера?

Теги: Nd:YAG Q-switch, неодимовый, nd:ce:yag

Активный кристалл – самый важный элемент лазерной системы!

От его характеристик: чистоты, однородности, качества обработки и других свойств, во многом и зависят основные параметры любого лазера:

  • Выходная мощность
  • Качество лазерного пучка (пятна)

Неодимовые лазеры и получили свое название благодаря редкоземельному металлу «неодиму» ионами которого допируется (легируется) кристаллическая решетка кристаллов алюмо-иттриевого граната («YAG», Y3Al5O12) и получается Nd:YAG кристаллы.

Редкоземельным этот металл, как и ряд других, называется по причине их крайней редкости на земле, сложности добычи и высокой стоимости. В данной статье отметим наиболее интересные для нас:

Неодим (Nd), Церий (Ce), Иттрий (Y).

От чего зависит цена кристалла? Какой кристалл выбрать?

Важные характеристики активных кристаллов:

  • Однородность и чистота.
  • Концентрация ионов Nd+
  • Качество обработки (полировки) граней

Однородность

Цены на лазерные кристаллы напоминает ситуацию на рынке драгоценных камней. Чем больше масса и объем – тем дороже! Чем выше чистота и упорядоченность, тем выше качество кристалла, а следовательно выше стоимость! Цены на неодимовые кристаллы могут отличать в десятки раз. От того насколько кристалл имеет равномерную структуру будет зависеть его эффективность, а также надежность.

 В дешевых кристаллах велика вероятность образование дефектов. С увеличением количества дефектов растет и вероятность повреждения лазерного кристалла в процессе эксплуатации.

Дешевый кристалл имеет низкую эффективность

Дешевый кристалл может легко треснуть от перегрева

Расколовшиеся лазерные кристаллы в процессе работы

Концентрация Nd+

В разных кристаллах содержание драгоценных редкоземельных металлов может быть различным. Чем выше концентрация металла – тем выше его эффективность, и тем выше его стоимость так как потребовалось больше редкого металла для его изготовления. Кроме того, и выше сложность изготовления такого кристалла

На практике чаще всего используют кристаллы с концентрацией ионов Nd+ от 0,8% до 1,5%. Кристаллы с разной концентрацией будут давать разную выходную мощность!

Кристалл с низкой концетрацией ионов Nd+ будет стоить дешевле и будет давать меньшую выходную мощность

Качество полировки

Любой драгоценный камень без хорошей огранки ничего не стоит. Качество полировки и обработки лазерных кристаллов измеряется очень малыми величинами. Полированная поверхность кристалла требует высокой степени обработки:

Параллелизм < 10 угловых секунд

Перпендикулярность (торцов) < 5 угловых минут

Энергия Q-switch лазеров с ламповой накачкой исчисляется сотнями «мДж» это очень большая энергия

Грани плохо обработанного кристалла могут не выдержать высокой энергии импульса и повредиться  в процессе работы лазера!

Какой кристалл выбрать для Nd:YAG лазера?

На сегодняшний день существует два типа кристаллов

Nd:YAG

Nd:YAG кристаллы образованы от легирования кристаллов алюмо-иттриевого граната («YAG», Y3Al5O12) ионами Nd+

Nd:YAG кристаллы широко используется в лазерах с диодной накачкой.

Nd:Ce:YAG

Nd:Ce:YAG кристаллы получаются с добавлением ионов Nd+ и Ce+ к YAG кристаллу.

Nd:Сe:YAG кристаллы широко используется в лазерах с ламповой накачкой. В этом случае они дают высокую эффективность!

Таким образом Nd:Ce:YAG является более сложным трехкомпонентным кристаллом. И как следствие БОЛЕЕ СЛОЖНЫМ в производстве и БОЛЕЕ дорогим!

Зачем нужна добавка Ce+ в  неодимовые кристаллы Nd:YAG ?

Лампа оптической накачки излучает яркий белый свет, в то время как неодимовый кристалл может поглощать только ограниченную часть видимого и ИК-света.

В обычных Nd:YAG кристаллах большая часть света лампы теряется зря и уходит в тепло, нагревая лазерный кристалл. 

Ионы Сe+ - выступают в роли вещества поглощающего УФ свет (сенсибилизатора) и преобразуют его в видимый свет, заставляя лазерный кристалл поглощать больше света и вырабатывать бОльшую энергию!

Здесь изображен спектр поглощения Nd:YAG кристалла для лазеров с диодной накачкой.  Однако, подавляющее большинство неодимовых Q-Switch лазеров для удаления татуировок имеет ламповую накачку, большая часть энергии которых рассеивается в пустую. Поэтому они при ламповой накачке такие лазеры имеют крайне низкую эффективность и малую выходную мощность. 

Они проще и дешевле в производстве!

Здесь изображен спектр поглощения и флуоресценции Ce:YAG позволяющей поглощать широкий спектр УФ света и переизлучать его в видимой области, там где поглощает Nd:YAG кристалл.

Таким образом Nd:Ce:YAG кристаллы является наиболее эффективными при ламповой накачке и позволяют получать более высокие энергии!


Важный вывод: выбирайте Nd:Ce:YAG кристаллы желтого цвета!

* для лазеров с ламповой накачкой

Автор : к.ф.-м. наук Федотов Юрий Сергеевич