Definitie: Nd:YAG laser is de korte vorm die voor Neodymium-gedoopt Yttrium Aluminium Garnet wordt gebruikt. Het is een systeem in vaste toestand en met 4 niveaus, aangezien het uit 4 energieniveaus bestaat.
Nd-ion is een zeldzaam aardmetaal en wordt gedoteerd met een gastkristal in vaste toestand zoals yttriumaluminiumgranaat (YAG – Y3Al5O12) om Nd:YAG-laser te vormen. Door doping worden de yttriumionen vervangen door de Nd3+-ionen. Ook is de doteringsconcentratie ongeveer 0,725% van het gewicht.
Het werkingsprincipe is zodanig dat wanneer optische pompen wordt verstrekt aan het apparaat. Dan worden de Nd-ionen opgeheven tot hogere energieniveaus en hun overgang produceert een laserstraal.
Deze laser zendt over het algemeen licht uit met een golflengte van bijna 1,064 μm.
Opbouw van Nd:YAG laser
Nd:YAG laser is in principe onderverdeeld in 3 domeinen die het actieve medium, de pompbron en de optische resonator zijn.
De onderstaande figuur toont de weg zoals de structuur van Yd:YAG laser:
Actief medium: Dit wordt ook wel het lasermedium genoemd en is het middelste gedeelte van de structuur, d.w.z. het Nd:YAG-kristal. Wanneer de externe energiebron wordt geleverd, bewegen de elektronen van de lagere energietoestand naar de hogere energietoestand, waardoor het lasseren plaatsvindt.
Externe energiebron: Door het verschil in energieniveaus hebben de elektronen een externe pomp nodig om de overgang van de ene toestand naar de andere te bewerkstelligen. Dus, voor lasing actie om plaats te vinden een externe pomp bron nodig is.
Basically, als een bron van optische pompen, xenon of krypton flits buis wordt genomen in zijn geval.
De Nd:YAG staaf en de flits buis worden geplaatst in een elliptische holte, zodat maximaal geproduceerd licht kan de staaf te bereiken.
Optische resonator: De twee uiteinden van de Nd:YAG staaf zijn bekleed met zilver. Het ene uiteinde is echter volledig bekleed met zilver om een maximale lichtreflectie te bereiken.
Terwijl het andere uiteinde gedeeltelijk is bekleed om een weg te bieden voor de lichtstraal van een externe bron om het actieve medium te bereiken. Hierdoor wordt een optische holte gevormd.
Werking van Nd:YAG laser
Het is een 4 level systeem d.w.z.; het bevat 4 energie niveaus. In deze paragraaf bespreken we de werking van Nd:YAG-laser met behulp van het energieniveauschema.
De onderstaande figuur toont het 4-staten energieniveauschema van Nd:YAG-laser:
Hier is E1 de laagste energietoestand terwijl E4 het hoogste energieniveau is. Aanvankelijk zijn de elektronen in E1 echter veel hoger dan in E4.
Dus, wanneer externe energie wordt toegevoerd in het actieve medium van de laser. Dan winnen de elektronen aanwezig in de energietoestand E1 energie en gaan naar energietoestand E4. E4 is echter een onstabiele toestand en heeft een korte levensduur.
Daarom zullen de elektronen die door de toepassing van externe pompen in deze toestand zijn geëxciteerd, niet veel langer in deze toestand blijven en zeer snel naar de lagere energietoestand E3 gaan, maar zonder een foton uit te stralen.
De energietoestand E3 is de metastabiele toestand en vertoont een langere levensduur. De elektronen in deze toestand hebben dus een langere levensduur. Hierdoor zal een groter aantal elektronen aanwezig zijn in de metastabiele toestand E3. Daarbij wordt populatie-inversie bereikt.
Maar zodra de levensduur van de elektronen in de metastabiele toestand is uitgeput, komen deze elektronen door het afgeven van fotonen in de lagere energietoestand E2.
E2 vertoont ook een kortere levensduur als E4. De in de E2-toestand aanwezige elektronen zullen dus naar E1 komen zonder energie in de vorm van een foton uit te stralen.
Dus op deze wijze geven elektronen door één foton energie te winnen de energie van 2 fotonen vrij. Ook, aangezien het systeem met optische resonators wordt uitgerust zodat, zal meer aantal fotonen worden geproduceerd aangezien de gepompte energie binnen het actieve middel zal worden gereflecteerd.
Op deze wijze, produceren verscheidene elektronen bij stimulatie fotonen waarbij een coherente laserstraal van 1.064 µm wordt geproduceerd.
Toepassingen van Nd:YAG Laser
Deze worden gebruikt in militaire toepassingen om het gewenste doel te vinden. Dit type van laser vindt ook zijn toepassing op medisch gebied voor het chirurgische doel. Deze worden ook gebruikt in lassen en knipsel van staal en in communicatie system also.