ニュース - なぜND：YAG CrystalをDPSSレーザーのゲイン媒体として使用しているのですか？

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レーザーゲイン媒体とは何ですか？

レーザーゲイン培地は、刺激された放射によって光を増幅する材料です。培地の原子または分子がより高いエネルギーレベルに興奮すると、より低いエネルギー状態に戻ると、特定の波長の光子を放出できます。このプロセスは、レーザー動作の基本である媒体を通過する光を増幅します。

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通常のゲインメディアは何ですか？

ゲイン媒体は、さまざまですガス, 液体（染料）, 固体（希土類または遷移金属イオンをドープした結晶またはメガネ、および半導体。固体レーザー、たとえば、ND：YAG（ネオジムドープYttriumアルミニウムガーネット）のような結晶または希土類元素がドープされたメガネを使用することがよくあります。染料レーザーは、溶媒に溶解した有機染料を使用し、ガスレーザーはガスまたはガス混合物を利用します。

レーザーロッド（左から右）：ルビー、アレクサンドライト、ER：YAG、ND：YAG

ゲイン媒体としてのND（ネオジム）、ER（エルビウム）、およびYb（Ytterbium）の違い

主に、特にドープされたレーザー材料のコンテキストで、それらの排出波長、エネルギー伝達メカニズム、および用途に関連しています。

放射波長：

-ER：エルビウムは通常1.55 µmで放出されます。これは目に安全な領域にあり、光繊維の損失が低いため、通信アプリケーションに非常に役立ちます（Gong et al。、2016）。

-YB：Ytterbiumはしばしば約1.0〜1.1 µmを放出し、高出力レーザーやアンプを含む幅広い用途に適しています。 YBは、YBからERにエネルギーを転送することにより、ERドープデバイスの効率を高めるためのERの増感剤としてよく使用されます。

-nd：ネオジムドープ材料は通常、約1.06 µmを放出します。 ND：たとえば、YAGはその効率で有名であり、産業レーザーと医療レーザーの両方で広く使用されています（Y. Chang et al。、2009）。

エネルギー移動メカニズム：

-ERおよびYBの共同ドーピング：ホスト培地でのERとYBの共同ドーピングは、1.5-1.6 µM範囲の放出を強化するのに有益です。 YBは、ポンプ光を吸収し、ERイオンにエネルギーを伝達することにより、ERの効率的な増感剤として機能し、電気通信バンドで増幅放出につながります。このエネルギー伝達は、ERドープ繊維アンプ（EDFA）の操作に不可欠です（DK Vysokikh et al。、2023）。

-ND：NDは通常、ERドープシステムでYBのような増感剤を必要としません。 NDの効率は、ポンプ光の直接吸収とその後の放出から導き出されるため、簡単で効率的なレーザーゲイン培地になります。

アプリケーション：

- er：1.55 µmでの放出により、主に電気通信で使用されています。これは、シリカ光学繊維の最小損失ウィンドウと一致します。 ERドープゲイン媒体は、長距離光ファイバー通信システムの光アンプとレーザーにとって重要です。

-YB：効率的なダイオードポンピングと高出力を可能にする比較的単純な電子構造により、高出力アプリケーションでよく使用されます。 YBドープ材料は、ERドープシステムのパフォーマンスを向上させるためにも使用されます。

- nd：産業の切断や溶接から医療レーザーまで、幅広いアプリケーションに適しています。 ND：YAGレーザーは、効率、パワー、汎用性について特に評価されています。

DPSSレーザーのゲインメディアとしてND：YAGを選択した理由

DPSSレーザーは、半導体レーザーダイオードによってポンプでポンピングされたソリッドステートゲイン培地（ND：YAGなど）を使用するレーザーの一種です。このテクノロジーは、可視性から赤外線スペクトルで高品質のビームを生産できるコンパクトで効率的なレーザーを可能にします。詳細な記事については、DPSSレーザー技術に関する包括的なレビューについて、評判の良い科学データベースまたは出版社を検索することを検討することができます。

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ND：YAGは、さまざまな研究で強調されているように、いくつかの理由で半導体ポンプレーザーモジュールのゲイン媒体としてよく使用されます。

1.高効率と出力：ダイオードサイドポンプND：YAGレーザーモジュールの設計とシミュレーションは、大きい周波数範囲でパルスごとに一定のエネルギーを維持しながら、ダイオードサイドポンプND：YAGレーザーを提供するダイオードサイドポンプND：YAGレーザーを備えた有意な効率を示しました。これは、ダイオードによって汲み上げられた場合のND：YAGレーザーの高出力の高効率と可能性を示しています（Lera et al。、2016）。
2.運営的な柔軟性と信頼性：nd：YAGセラミックは、光から光への効率が高い視力波長を含むさまざまな波長で効率的に動作することが示されています。これは、さまざまなレーザーアプリケーションでのゲインメディアとしてのYAGの汎用性と信頼性を示しています（Zhang et al。、2013）。
3.ロンゲビティとビーム品質：非常に効率的でダイオードポンプされたND：YAGレーザーに関する研究は、その寿命と一貫したパフォーマンスを強調し、耐久性と信頼性の高いレーザーソースを必要とするアプリケーションに対するYAGの適合性を示しています。この研究では、光学的な損傷を受けずに4.8 x 10^9ショットを超える拡張操作が報告され、優れたビーム品質を維持しました（Coyle et al。、2004）。
4.高効率の連続波操作：研究により、ND：YAGレーザーの非常に効率的な連続波（CW）動作が実証されており、ダイオードポンプレーザーシステムのゲインメディアとしての有効性を強調しています。これには、高い光学変換効率と勾配効率の達成、ND：YAGの高効率レーザーアプリケーションの適合性をさらに証明することが含まれます（Zhu et al。、2013）。

高効率、出力、運用上の柔軟性、信頼性、寿命、および優れたビーム品質の組み合わせにより、幅広いアプリケーション用の半導体ポンプレーザーモジュールのYAG：YAGは、ND：YAGが優先ゲインメディアになります。

参照

Chang、Y.、Su、K.、Chang、H。、＆Chen、Y。（2009）。自己ラマン媒体としてのダブルエンド拡散結合ND：YVO4クリスタルを備えた1525 nmのコンパクト効率の高いQスイッチムーサフィレーザー。 Optics Express、17（6）、4330-4335。

Gong、G.、Chen、Y.、Lin、Y.、Huang、J.、Gong、X.、Luo、Z。、＆Huang、Y。（2016）。 ERの成長と分光特性：Yb：KGD（PO3）_4結晶としての155 µmレーザーゲイン培地として。光学材料Express、6、3518-3526。

Vysokikh、DK、Bazakutsa、A.、Dorofeenko、Av、＆Butov、O。（2023）。繊維アンプとレーザーのER/Ybゲイン培地の実験ベースのモデル。アメリカの光学協会B.

Lera、R.、Valle-Brozas、F.、Torres-Peiró、S.、Ruiz-de-la-Cruz、A.、Galán、M.、Belido、P.、Seimetz、M.、Benlloch、J。＆Roso、L。（2016）。ゲインプロファイルのシミュレーションとダイオードサイドポンプQCW ND：YAGレーザーのパフォーマンス。 Applied Optics、55（33）、9573-9576。

Zhang、H.、Chen、X.、Wang、Q.、Zhang、X.、Chang、J.、Gao、L.、Shen、H.、Cong、Z.、Liu、Z.、Tao、X。、＆Li、P。（2013）。高効率ND：1442.8 nmで動作するYAGセラミックアイセーフレーザー。光学文字、38（16）、3075-3077。

Coyle、DB、Kay、R.、Stysley、P。、＆Poulios、D。（2004）。効率的で信頼性が高く、長期にわたるダイオードポンプND：宇宙ベースの植生地域の高度測定のためのYAGレーザー。 Applied Optics、43（27）、5236-5242。

Zhu、Hy、Xu、CW、Zhang、J.、Tang、D.、Luo、D。、およびDuan、Y。（2013）。非常に効率的な連続波ND：946 nmのYAGセラミックレーザー。レーザー物理文字、10。

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