Definicja: Laser Nd:YAG jest krótką formą używaną dla Neodymowego domieszkowanego granatu itrowo-glinowego. Jest to system półprzewodnikowy i 4-poziomowy, ponieważ składa się z 4 poziomów energetycznych.
Jon Nd jest metalem ziem rzadkich i jest domieszkowany kryształem półprzewodnikowym, takim jak granat itrowo-glinowy (YAG – Y3Al5O12) w celu utworzenia lasera Nd:YAG. Ze względu na doping, jony itru są zastępowane przez jony Nd3+. Ponadto, stężenie domieszki wynosi około 0,725% wagowo.
Jego zasada działania jest taka, że gdy pompowanie optyczne jest dostarczane do urządzenia. Wtedy jony Nd podnoszą się do wyższych poziomów energetycznych i ich przejście wytwarza wiązkę laserową.
Ten laser generalnie emituje światło o długości fali prawie 1,064 μm.
Konstrukcja lasera Nd:YAG
Laser Nd:YAG jest zasadniczo podzielony na 3 domeny, którymi są: ośrodek czynny, źródło pompowania i rezonator optyczny.
Niżej przedstawiony rysunek pokazuje drogę, jaką jest struktura lasera Yd:YAG:
Środek czynny: Jest to również znane jako medium lasera i jest środkową częścią struktury, tj. kryształu Nd:YAG. Zasadniczo, gdy zewnętrzne źródło energii jest dostarczane wtedy elektrony z niższego stanu energetycznego porusza się do wyższego stanu energetycznego, powodując w ten sposób, że działanie lasingowe ma miejsce.
Zewnętrzne źródło energii: Ze względu na różnicę w poziomach energetycznych, elektrony potrzebują jakiegoś zewnętrznego pompowania w celu wykonania przejścia z jednego stanu do drugiego. Tak więc, aby zachodziło zjawisko luminacji, wymagane jest zewnętrzne źródło pompowania.
Podstawowo, jako źródło pompowania optycznego, wykorzystuje się ksenonową lub kryptonową lampę błyskową.
Pręt Nd:YAG i lampa błyskowa są umieszczone wewnątrz eliptycznej wnęki, tak aby maksymalna ilość wytworzonego światła mogła dotrzeć do pręta.
Rezonator optyczny: Dwa końce pręta Nd:YAG są pokryte srebrem. Jednakże jeden koniec jest całkowicie pokryty srebrem, aby osiągnąć maksymalne odbicie światła.
Drugi koniec jest częściowo pokryty w celu zapewnienia drogi dla promienia świetlnego z zewnętrznego źródła, aby osiągnąć czynnik aktywny. W ten sposób powstaje wnęka optyczna.
Praca lasera Nd:YAG
Jest to układ 4-poziomowy, tzn. zawiera 4 poziomy energetyczne. Tak więc, w tej sekcji, omówimy działanie lasera Nd:YAG z pomocą diagramu poziomów energetycznych.
Następny rysunek przedstawia 4-stanowy diagram poziomów energetycznych lasera Nd:YAG:
Tutaj, E1 jest najniższym stanem energetycznym, podczas gdy E4 jest najwyższym poziomem energetycznym. Jednakże, początkowo, elektrony w E1 są znacznie wyższe w porównaniu do E4.
Więc, gdy energia zewnętrzna jest dostarczana do aktywnego medium lasera. Wtedy elektrony obecne w stanie energetycznym E1 zyskują energię i przechodzą do stanu energetycznego E4. Jednakże, ponieważ E4 jest stanem niestabilnym i wykazuje krótki czas życia.
W związku z tym elektrony, które zostały wzbudzone do tego stanu przez zastosowanie zewnętrznego pompowania nie pozostaną w tym stanie przez dłuższy czas i bardzo szybko przechodzą do niższego stanu energetycznego E3, ale bez wypromieniowania żadnego fotonu.
Stan energetyczny E3 jest stanem metastabilnym i wykazuje dłuższy czas życia. Tak więc, elektrony w tym szczególnym stanie będzie trwać przez dłuższy czas. Z tego powodu większa liczba elektronów będzie obecna w metastabilnym stanie E3. Tym samym osiągając inwersję populacji.
Ale gdy czas życia elektronów w stanie metastabilnym zostanie wyczerpany wtedy te elektrony uwalniając fotony przechodzą do niższego stanu energetycznego E2.
E2 również wykazują krótszy czas życia jak E4. Zatem elektrony obecne w stanie E2 przejdą do stanu E1 bez wypromieniowania energii w postaci fotonu.
W ten sposób elektrony uzyskując jeden foton energii uwalniają energię 2 fotonów. Ponadto, ponieważ system jest wyposażony w rezonatory optyczne, większa liczba fotonów zostanie wygenerowana, ponieważ pompowana energia zostanie odbita wewnątrz aktywnego medium.
W ten sposób kilka elektronów w wyniku stymulacji wytwarza fotony, generując w ten sposób spójną wiązkę laserową o długości 1,064 µm.
Zastosowania lasera Nd:YAG
Lasery te są wykorzystywane w zastosowaniach wojskowych do znajdowania pożądanego celu. Ten typ lasera znajduje również swoje zastosowanie w dziedzinie medycyny do celów chirurgicznych. Są one również wykorzystywane w spawaniu i cięciu stali oraz w systemie komunikacji również.
.