Nd:YAG Laser

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:

Nd-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:

Diag do nível de energia 1

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.

 nível de energia diag 2>

>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.

Nível de energia diag 3

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.

 nível de energia diag 4

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.

 nível de energia diag 5

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.

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