エルビウム（Er）ドープリン酸塩ガラス多くの有益な特性を示すため、近年、次の用途向けの Er: ガラス レーザーの需要が増加しています。レーザー距離測定、長距離通信、皮膚科、レーザー誘起破壊分光法 (LIBS) などの広範囲にわたる。エルビウムファイバー増幅器は、香港とロサンゼルス間の太平洋横断ケーブルでの高速グローバル通信を可能にします。Er:ガラスレーザー距離計は、ますます使用されています。防衛用途と偵察、 とEr: ガラスエステティックレーザーの牽引力を獲得しています傷跡を取り除くそしてさらに脱毛の治療男性型脱毛症が原因。
これらの成長するアプリケーションスペースには、厳しい寸法公差を備えた高精度レーザーガラスと高出力レーザーコーティングが必要です。厳しい公差により、システム インテグレータは時間のかかる位置合わせを行わずにコンポーネントをシステムに簡単に配置できるという自信を得ることができますが、これらの仕様はレーザー ガラス メーカーにとって課題となります。レーザーガラスメーカーが成長するNIRレーザー光学分野に必要な要求の厳しいコンポーネントを作成するには、プロセス制御と計測学への重点が必要です。
なぜエルビウムドープガラスなのか?
過去数十年間で、出力の向上、パルス幅の短縮、システムサイズの縮小、新しい動作波長などの点で、リン酸塩ベースのレーザー技術は大幅に進歩しました。Er:glass レーザーは通常、目に安全な波長 1540nm、1550nm、または 1570nm で放射します。これは、測距や人がビームにさらされる可能性のあるその他の状況において非常に有益です。これらの波長は、大気中の高い透過率の恩恵を受けます。また、1540nm はメラニンによる吸収が最小限に抑えられているため、Er: ガラス レーザーは肌の色が濃い患者の美容レーザー用途に最適です。
図 1. エルビウムのエネルギー状態。Er:ガラス レーザーは通常、800nm または 980nm レーザーで励起され、1540nm または 1570nm で発光します。
リン酸塩ガラスは高い透過率を達成し、エルビウムやイッテルビウムなどの希土類原子をドープすることができるため、800nmまたは980nmのポンプ波長にさらされたときに反転分布に達し、レーザ発振することができます（図1）。Er: ガラスは 1480nm の光子によって励起されることもありますが、同じ波長とエネルギー帯域で発生する励起および誘導放出によって効率が低下する可能性があるため、これは望ましくありません。リン酸塩ガラスは、化学的安定性と高いレーザー誘起損傷閾値 (LIDT) の利点も備えているため、Er:glass やその他のドープリン酸塩ガラスは、NIR レーザー利得媒体の理想的な候補となります。
リン酸塩ガラスは、より硬いマトリックス構造を特徴とするケイ酸塩ガラスよりも希土類イオンの溶解度が高くなります[1]。ただし、ケイ酸塩ガラスよりも帯域幅が狭く、わずかに吸湿性があるため、空気からより多くの水分を吸収します。したがって、コーティングやその他の光学系によって湿気から十分に保護される帯域幅およびシステムの用途に限定されます。
厳しい公差とプロセス制御
前述した用途の多く、特に防衛用途のレーザー距離測定では、寸法公差が非常に厳しい小型の Er: ガラス コンポーネントが必要になることがよくあります。これらの細かく研磨されたレーザー ガラスのスラブは、位置合わせをほとんどまたはまったく必要とせずにアセンブリに組み込むことができます。SIM カードのサイズまで縮小することができますが、非常に小さいため、多くの場合、面取りがありません (図 2)。これにより、エッジが欠ける可能性が高くなります。これらの小型コンポーネントで厳密な平行度と表面品質の仕様を達成することは、非常に困難な場合があります。有効開口、つまりすべての仕様を満たさなければならない光学面の部分は、多くの場合ほぼ 100% であり、光学面のエッジの周囲に誤差の余地はほとんど、またはまったくありません。
図 2. レーザー距離測定やその他の NIR レーザー用途に使用される Er:ガラス スラブは、多くの場合、一般的な SIM カード以下のサイズです。
では、なぜこのような困難を経験するのでしょうか?以前のソリューションでは、多くの場合、Nd:YAG バーに取り付けられた複数の結晶コンポーネントのより大きなサブアセンブリが必要でした。これらの追加コンポーネントには、ブリュースター プレート、パッシブ Q スイッチング用の可飽和吸収体、または周波数変換クリスタルが含まれる場合があります。ネオジムの発光波長はエルビウムよりもはるかに危険であり、長距離を安全に伝送するには、より長い波長にシフトする必要があるため、周波数変換結晶は距離計やその他の野外用途で重要です。
距離計の用途には衝撃や振動が必要なことが多く、すべての仕様を満たしながら複数のコンポーネントを接合することが困難になります。これらの古い設計から単一の研磨された Er: ガラスに移行し、さまざまなコーティングで同じタスクを実行することで、システムのサイズとコストが削減されました。YAG 結晶はブリュースター角で使用されることがよくありますが、コーティングを使用することによっても同じ効果を達成できます。Er:ガラスのスラブはとにかくコーティングする必要があるため、このタイプのコーティングを追加して、できるだけ多くの機能を詰め込み、他の部分でコストを節約することが有益です。
リン酸塩ガラスはわずかに吸湿性があるため、コーティングされていない Er: ガラスを屋外に数日間放置すると劣化する可能性があります。水分がガラス内に侵入するのを防ぐために、コーティングの前に表面品質を管理する必要があります。最終的なガラススラブの研磨面に堆積されたコーティングは、ガラススラブをこの劣化から保護するのに役立ちます。
小型で高精度の Er: ガラス スラブの一般的な仕様は、エッジの垂直度が 5 分角未満、端部の垂直度が 10 秒角未満、および 10-5 スクラッチ ディグよりも優れた表面品質です。これらの厳しい仕様には、クリーンな環境、高度に制御されたプロセス、および最小限のタッチ時間が必要です。
通常、レーザー ガラスの端には 2 つの研磨面があり、残りの面は研磨されていますが、これらの Er: ガラス スラブの側面の一部も研磨され、位置合わせを簡素化するために高い公差が与えられています。どちらの面を最初に研磨してコーティングするか、ダイシングの前または後にどの面を研磨するか、片面研磨をいつ使用するか両面研磨を使用するか、すべてがコストと歩留まりを決定します。十分な情報が得られていないプロセスと、経験豊富な製造業者によって最適化されたプロセスとの間の歩留まりの差は、簡単に 3 倍に達する可能性があります。
タッチ時間を短縮し、歩留まりを向上させるには、すべての製造とコーティングを 1 か所で実行することが最適です。部分的に完成した部品が異なる場所に輸送されるたびに、汚染や損傷の可能性が大幅に増加し、待ち時間が長くなります。
複数の高蓋コーティング
距離測定やその他の精密な NIR 用途向けの小さな Er:ガラス スラブの製造における 1 つの課題は、コンポーネントの異なる面に複数のコーティングが堆積されることが多いことです。これは、コーティングする前に固定して未コーティングの表面を保護する必要があるため、困難です。メーカーにとっては、コーティング中に保護する必要があるスラブの裏側でのオーバースプレーや吹き抜けを回避することも課題です。端には、高いレーザー誘起損傷閾値 (LIDT) を備えた反射防止 (AR) コーティングが施されています。エッジにはポンプビームを取り込むための高LIDT ARコーティングも施されています。ポンプ出力は常に放出出力よりも高くなります。一部の 4 面スラブには、内蔵の高反射率キャビティミラー、波長弁別、ポンプ光除去用の追加コーティングが施されています。
計測学: 測定できなければ、それを実現することはできません
主要な仕様を適切に測定および検証するために必要な適切な計測がなければ、製造精度とプロセス制御は役に立ちません。ZYGO Verifier などのレーザー干渉計は平坦度の測定によく使用されますが、小さな Er:glass スラブを測定する場合、平行度の仕様が厳しいため、裏面が表面の測定に干渉し始めます。オペレーターは裏面にワセリンまたは別の物質を塗布することでこの問題を回避できますが、この表面は再洗浄する必要があり、コンポーネントが損傷する可能性が高くなります。しかし、最近の平坦度測定の進歩により、裏面からの影響が排除され、より迅速に、より損傷の可能性が低い平坦度測定が可能になりました。スラブの端に欠けがあると、オペレーターが平面度を正確に測定できなくなる可能性があるため、製造時のプロセス管理がさらに重要になります。直角度とウェッジは通常、ダブルパス オートコリメータを使用して検証されます。
Er:ガラスレーザーの応用分野の拡大により、光学部品メーカーは今後もますます高精度のレーザーガラスとコーティングを開発するよう促されるでしょう。1540nm および 1570nm のアイセーフ レーザー アプリケーションは、より安全に使用できるようにし、審美的なレーザー処置を通じて自信を高め、長距離通信を改善するのに役立ちます。利用可能な最良のアドバイスは、NIR レーザー システムを開発する際に次のことを行うことです。適切なレーザー ガラスやその他のコンポーネントの微妙な選択を行う際のガイダンスについては、コンポーネントのサプライヤーと特定のアプリケーションのニーズについて話し合ってください。
この記事は、Edmund Optics (ニュージャージー州バリントン) のリード テクニカル マーケティング エンジニアである Cory Boone と Edmund Optics Florida (フロリダ州オールズマー) の運用マネージャーである Mike Middleton によって書かれました。
製品の詳細については、当社のウェブサイトをご覧ください。
https://www.エルビウムテクノロジー.com/
Eメール：devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
ファックス: +86-2887897578
追加: No.23、朝陽路、西河街、龍泉区、成都、610107、中国。
更新日: 2022 年 4 月 1 日
