Definição: Nd:YAG laser é a forma abreviada usada para o Yttrium Aluminium Garnet dopado com Neodímio. É um sistema de estado sólido e 4 níveis pois consiste em 4 níveis de energia.
Nd ion é metal de terras raras e é dopado com cristal hospedeiro de estado sólido como granada de alumínio ítrio (YAG – Y3Al5O12) para formar o laser Nd:YAG. Devido ao doping, os íons ítrio são substituídos pelos íons Nd3+. Além disso, a concentração de doping é cerca de 0,725% em peso.
Its princípio de funcionamento é tal que quando o bombeamento óptico é fornecido para o dispositivo. Então os íons Nd são elevados a níveis de energia mais altos e sua transição produz um feixe laser.
Este laser geralmente emite luz de comprimento de onda de quase 1,064 μm.
Construção do Nd:YAG laser
Nd:YAG laser é basicamente categorizado em 3 domínios que são o meio ativo, fonte de bombeamento e o ressonador óptico.
A figura abaixo mostra a estrada como a estrutura do Yd:YAG laser:
Médio ativo: Este também é conhecido como o meio laser e é a porção média da estrutura, ou seja, Nd:YAG cristal. Basicamente, quando a fonte de energia externa é fornecida, então os elétrons do estado de energia mais baixa se movem para o estado de energia mais alta, causando assim uma ação de lasing.
Fonte de Energia Externa: Devido à diferença nos níveis de energia, os elétrons precisam de algum bombeamento externo para realizar uma transição de um estado para outro. Assim, para a acção de bombeamento é necessária uma fonte de bombeamento externa.
Basicamente, como fonte de bombeamento óptico, o tubo de flash xenon ou krypton é tomado no seu estojo.
A haste Nd:YAG e o tubo de flash são colocados dentro de uma cavidade elíptica para que a luz máxima produzida possa alcançar a haste.
Ressonador óptico: As duas extremidades da haste de Nd:YAG são revestidas de prata. No entanto, uma extremidade é completamente revestida com prata, de modo a atingir a reflexão máxima da luz.
A outra extremidade é parcialmente revestida de modo a proporcionar um caminho para que o raio de luz de uma fonte externa atinja o meio activo. Assim formando uma cavidade óptica.
Trabalho de laser Nd:YAG
É um sistema de 4 níveis, ou seja; contém 4 níveis de energia. Assim, nesta seção, discutiremos o funcionamento do laser Nd:YAG com a ajuda do diagrama de nível de energia.
A figura abaixo mostra o diagrama de 4 níveis de energia de Nd:YAG laser:
Aqui, E1 é o estado de energia mais baixo enquanto E4 é o nível de energia mais alto. No entanto, inicialmente, os electrões em E1 são muito mais elevados em comparação com E4.
Então, quando a energia externa é fornecida no meio activo do laser. Então os elétrons presentes no estado energético E1 ganham energia e passam ao estado energético E4. Entretanto, como E4 é um estado instável e apresenta curta duração.
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>Por isso, os elétrons que foram excitados a este estado pela aplicação de bombeamento externo não ficarão neste estado por muito mais tempo e chegam ao estado de energia mais baixa E3 muito rapidamente, mas sem irradiar nenhum fóton.
O estado energético E3 é o estado metastável e apresenta uma vida útil mais longa. Assim, os electrões neste estado em particular irão durar mais tempo. Devido a isso, mais elétrons estarão presentes no estado metástase E3. Assim alcançando a inversão populacional.
Mas uma vez que a vida dos elétrons no estado metastável se esgota, então esses elétrons liberando fótons chegam ao estado de menor energia E2.
E2 também exibem uma vida mais curta como E4. Assim, os electrões presentes no estado E2 chegarão a E1 sem irradiar energia na forma de um fotão.
Assim, desta forma, os electrões ao ganharem um único fotão de energia libertam a energia de 2 fotões. Além disso, como o sistema está equipado com ressonadores ópticos, mais fótons serão gerados, pois a energia bombeada será refletida dentro do meio ativo.
Desta forma, vários elétrons em estimulação produzem fótons, gerando um feixe de laser coerente de 1,064 µm.
Aplicações do Laser Nd:YAG
Estes são usados em aplicações militares para encontrar o alvo desejado. Este tipo de laser também encontra sua aplicação no campo médico para o propósito cirúrgico. Estes também são utilizados em soldagem e corte de aço e em sistemas de comunicação também.