Definición: El láser Nd:YAG es la forma abreviada utilizada para el granate de aluminio de itrio dopado con neodimio. Es un sistema de estado sólido y de 4 niveles, ya que consta de 4 niveles de energía.
El ión Nd es un metal de tierras raras y está dopado con un cristal huésped de estado sólido como el granate de itrio y aluminio (YAG – Y3Al5O12) para formar el láser Nd:YAG. Debido al dopaje, los iones de itrio son sustituidos por los de Nd3+. Además, la concentración de dopaje es de alrededor del 0,725% en peso.
Su principio de funcionamiento es tal que cuando se proporciona bombeo óptico al dispositivo. Entonces los iones Nd se elevan a niveles de energía más altos y su transición produce un rayo láser.
Este láser generalmente emite luz de longitud de onda de casi 1,064 μm.
Construcción del láser Nd:YAG
El láser Nd:YAG se clasifica básicamente en 3 dominios que son el medio activo, la fuente de bombeo y el resonador óptico.
La figura siguiente muestra el camino como la estructura del láser Yd:YAG:
Medio activo: También se conoce como el medio del láser y es la parte central de la estructura, es decir, el cristal de Nd:YAG. Básicamente, cuando se proporciona la fuente de energía externa, los electrones del estado de energía más bajo se mueven al estado de energía más alto, lo que provoca la acción de láser.
Fuente de energía externa: Debido a la diferencia en los niveles de energía, los electrones necesitan un bombeo externo para realizar una transición de un estado a otro. Por lo tanto, para que se produzca la acción de láser se requiere una fuente de bombeo externa.
Básicamente, como fuente de bombeo óptico, se toma el tubo de flash de xenón o criptón en su caso.
La varilla de Nd:YAG y el tubo de flash se colocan dentro de una cavidad elíptica para que la luz máxima producida pueda llegar a la varilla.
Resonador óptico: Los dos extremos de la varilla de Nd:YAG están recubiertos de plata. Sin embargo, uno de los extremos está completamente recubierto de plata para conseguir la máxima reflexión de la luz.
Mientras que el otro extremo está parcialmente recubierto para proporcionar un camino para que el rayo de luz de una fuente externa llegue al medio activo. Formando así una cavidad óptica.
Funcionamiento del láser Nd:YAG
Es un sistema de 4 niveles, es decir, contiene 4 niveles de energía. Por lo tanto, en esta sección, discutiremos el funcionamiento del láser Nd:YAG con la ayuda del diagrama de niveles de energía.
La figura siguiente muestra el diagrama de niveles de energía de 4 estados del láser Nd:YAG:
Aquí, E1 es el estado de energía más bajo mientras que E4 es el nivel de energía más alto. Sin embargo, inicialmente, los electrones en E1 es mucho mayor en comparación con E4.
Así, cuando la energía externa se proporciona en el medio activo del láser. Entonces los electrones presentes en el estado de energía E1 ganan energía y pasan al estado de energía E4. Sin embargo, como E4 es un estado inestable y exhibe una corta vida útil.
Por lo tanto, los electrones que fueron excitados a este estado por la aplicación de bombeo externo no se quedarán en este estado por una duración mucho más larga y viene al estado de energía inferior E3 muy rápidamente pero sin irradiar ningún fotón.
El estado de energía E3 es el estado metaestable y exhibe una vida útil más larga. Por lo tanto, los electrones en este estado particular durarán más tiempo. Debido a esto, un mayor número de electrones estará presente en el estado metaestable E3. Pero una vez que el tiempo de vida de los electrones en el estado metaestable se agota, entonces estos electrones liberando fotones llegan al estado de energía más bajo E2.
E2 también muestra una vida más corta como E4. Así, los electrones presentes en el estado E2 llegarán a E1 sin irradiar energía en forma de fotón.
Así, de esta manera los electrones al ganar un solo fotón de energía liberan la energía de 2 fotones. Además, como el sistema está equipado con resonadores ópticos, se generará un mayor número de fotones, ya que la energía bombeada se reflejará dentro del medio activo.
De este modo, varios electrones al ser estimulados producen fotones, generando así un rayo láser coherente de 1,064 µm.
Aplicaciones del láser Nd:YAG
Se utiliza en aplicaciones militares para encontrar el objetivo deseado. Este tipo de láser también encuentra su aplicación en el campo médico para el propósito quirúrgico. También se utilizan en la soldadura y el corte de acero y en el sistema de comunicación.