Láser Nd: YAG
Nd: YAG (granate de aluminio de itrio dopada de neodimio; Nd:Y3Al5O12) es un cristal que se utiliza como una medio de láser para láseres de estado sólidos. El dopante, triplemente ionizado neodimioTípicamente Nd(III), reemplaza a una pequeña fracción (1%) de la itrio los iones en la estructura cristalina de host de la granate de itrio aluminio (YAG), puesto que los dos iones son de tamaño similar.[1] Es el ion de neodimio que proporciona la actividad de láser en el cristal, de la misma manera como ion cromo rojo en láseres de rubí.[1]
Operación láser de Nd: YAG se demostró por primera vez por J. E. Geusic et al. en Laboratorios Bell en 1964.[2]
Contenido
- 1 Tecnología
- 2 Aplicaciones
- 2.1 Medicina
- 2.2 Fabricación
- 2.3 Dinámica de fluidos
- 2.4 Odontología
- 2.5 Militar y defensa
- 2.6 Espectroscopia de anillo-abajo de la cavidad (CRDS)
- 2.7 Espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS)
- 2.8 Láser de bombeo
- 2.9 Automotriz
- 3 Frecuencias adicionales
- 4 Propiedades físicas y químicas de Nd: YAG
- 4.1 Propiedades del cristal de YAG
- 4.2 Índice de refracción de Nd: YAG
- 4.3 Propiedades de Nd: YAG @ 25 ° C (con 1% Nd doping)
- 5 Notas y referencias
Tecnología
Nd:YAG los láseres son bombeado ópticamente usando un tubo de destellos o diodos de láser. Estos son uno de los tipos más comunes de láser y se utilizan para muchas aplicaciones diferentes. Nd: YAG láser normalmente emite luz con una longitud de onda de 1064 nmEn infrarrojo.[3] Sin embargo, también hay transiciones cerca de 940, 1120, 1320 y 1440 nm. Nd: YAG láser funciona en modo continuo y pulsado. Los láseres de Nd: YAG pulsado funcionan normalmente en el supuesto Conmutación de Q modo: un interruptor óptico se inserta en la cavidad del laser a la espera de un máximo inversión de la población en los iones de neodimio antes de que se abre. Entonces la onda ligera puede ejecutar a través de la cavidad, despoblando el medio láser emocionado en la inversión de población máxima. En esta modalidad Q-switched, han logrado poderes de salida de 250 megavatios y duraciones de pulso de 10 a 25 nanosegundos.[4] Los pulsos de alta intensidad pueden ser eficiente frecuencia se duplicó para generar la luz láser 532 nm, o corrientes armónicas más altas a 355 y 266 nm.
Nd: YAG absorbe mayormente en las bandas entre 730 – 760 nm y 790 – 820 nm.[3] En baja densidades de corriente criptón flashlamps tienen un rendimiento mayor en esas bandas que la más común xenón las lámparas, que producen más luz en alrededor de 900 nm. El anterior por lo tanto es más eficiente para el bombeo de láseres de Nd: YAG.[5]
La cantidad del neodimio dopante en el material varía según su uso. Para onda continua la salida, el dopaje es significativamente menor que para los lasers pulsados. Las barras CW ligeramente dopadas pueden ser ópticamente distinguido por ser menos coloreado, casi blanco, mientras que las barras superiores-dopado son color de rosa-púrpura.
Otros materiales comunes de host de neodimio son: YLF ()fluoruro de litio itrio1047 y 1053 nm), YVO4 (itrio ortovanadato1064 nm), y vidrio. Un host particular material es seleccionado con el fin de obtener una combinación deseada de propiedades ópticas, mecánicas y térmicas. Son variantes y los láseres de Nd: YAG bombea Ya sea por reflectoras, continua lámparas de descarga de gas, o infrarrojo cercano diodos de láser (Láser DPSS). Prestabilized láser Los tipos de láseres de Nd: YAG (PSL) han demostrado para ser particularmente útil en la prestación de los rayos principales para ondas gravitacionales interferometría tales como LIGO, VIRGO, GEO600 y TAMA.
Aplicaciones
Medicina
Los láseres de Nd: YAG se utilizan en Oftalmología para corregir opacificación capsular posterior, una condición que puede ocurrir después de catarata cirugía y para periféricos iridotomía en pacientes con glaucoma de ángulo agudo, donde ha reemplazado iridectomía quirúrgica. Frecuencia-doblado Láseres de Nd: YAG (longitud de onda 532 nm) se utilizan para pan-retiniana fotocoagulación en pacientes con retinopatía diabética.
Los láseres de Nd: YAG emite luz en 1064 nanómetro han sido el láser más utilizado para Termoterapia inducida por láser, en que las lesiones benignas o malignas en varios órganos son ablación por el rayo.
En OncologíaNd: YAG láser puede utilizarse para eliminar la piel cánceres.[6] También se utilizan para reducir los nódulos tiroideos benignos,[7] y para destruir las lesiones del hígado malignas primarias y secundarias.[8][9]
Para el tratamiento de hiperplasia prostática benigna (HBP), ND: YAG láser puede ser utilizado para cirugía láser de próstata— una forma de resección transuretral de la próstata.
Estos láseres también se utilizan ampliamente en el campo de la medicina estética para depilación láser y el tratamiento de menores vascular defectos tales como venas de la araña en la cara y las piernas. Recientemente usado para disecar la celulitis, una enfermedad de piel rara que ocurre generalmente en el cuero cabelludo.
Usando histeroscopia el láser de Nd: YAG se ha utilizado para la eliminación de tabiques uterinos en el interior del útero.[10]
En Podología, se utiliza el láser de Nd: YAG para tratar onicomicosis, que es la infección de hongos de las uñas de los pies.[11] Los méritos del tratamiento con láser de estas infecciones no están claros, y se están realizando investigaciones para establecer la efectividad.[12][13]
Fabricación
Los láseres de Nd: YAG se utilizan en la fabricación para el grabado, grabado, o marcar una variedad de metales y plásticos. Son ampliamente utilizados en la fabricación de corte y soldadura de los aceros, semiconductores y diversas aleaciones. Para aplicaciones de automoción (corte y soldadura de los aceros) los niveles de potencia son típicamente 1 – 5 kW. Super aleación de perforación (para las piezas de la turbina de gas) generalmente utiliza láseres de Nd: YAG pulsado (impulsos de milisegundo, no Q-switched). Nd: YAG láser también se emplea para hacer marcas de subsuelo en materiales transparentes tales como vidrio o vidrio de acrílico. Lasers de hasta 400 W son utilizados para fusión láser selectiva de metales en la fabricación aditiva de capa. En aplicaciones aeroespaciales, pueden utilizarse para taladro agujeros de enfriamiento de aire mejorado flujo de calor de escape eficiencia.[citación necesitada]
Nd: YAG láser también se utilizan en el proceso de prototipado rápido no convencionales láser diseñado formar neto (LENTE).
Dinámica de fluidos
Nd: YAG láser también puede utilizarse para técnicas de visualización de flujo en dinámica de fluidos (por ejemplo partícula image velocimetry o fluorescencia inducida por láser).[14]
Odontología
Nd: YAG láser dental se utilizan para tejido blando cirugías En cavidad bucal, tales como Gingivectomía, periodontal sulcular desbridamiento, LANAP, Frenectomía, biopsia, y coagulación de sitios donantes de injerto.
Militar y defensa
El láser de Nd: YAG es el láser más comunes utilizado en designadores láser y Telémetros láser.
Espectroscopia de anillo-abajo de la cavidad (CRDS)
El Nd: YAG puede utilizarse en la aplicación de Espectroscopia de cavidad anillo-abajo, que se utiliza para medir la concentración de una sustancia que absorbe la luz.
Espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS)
Una gama de Nd: YAG láser se utiliza en el análisis de los elementos en la tabla periódica. Aunque la aplicación por sí mismo es bastante nueva con respecto a los métodos convencionales como XRF o ICP, ha demostrado ser menos consumo de tiempo y una opción más barata para poner a prueba las concentraciones del elemento. Un láser de alta potencia de Nd: YAG se centra sobre la superficie de la muestra para producir plasma. Luz del plasma es capturada por los espectrómetros y los espectros característicos de cada elemento pueden ser identificados, permitiendo que las concentraciones de elementos en la muestra a medir.
Láser de bombeo
Láseres de Nd: YAG, principalmente a través de su segundo y tercer armónicos, son ampliamente utilizados para excitar láser de colorante tampoco en el líquido[15] o de estado sólido.[16] También son utilizados como fuentes para láseres de estado sólidos vibronically ampliados de la bomba como Cr4+:: YAG o a través de la armónica del segunda para el bombeo de Láseres de ti: zafiro.
Automotriz
Investigadores de Japón Institutos nacionales de Ciencias naturales se están desarrollando los encendedores de láser que utilizan chips de YAG para encender el combustible en un motor, en lugar de un enchufe de chispa.[17][18] Los láseres utilizan varios 800 pulsos largos de picosegundo para encender el combustible, produciendo más rápido y más uniforme encendido. Los investigadores dicen que estos encendedores podrían rendir mejor rendimiento y economía de combustible, con menos emisiones nocivas.
Frecuencias adicionales
Para muchas aplicaciones, la luz infrarroja es frecuencia-doblado o - usando triplicados materiales ópticos no lineales tales como triborate de litio para obtener visible (532 nm, verde) o ULTRAVIOLETA luz. Borato de litio de cesio genera los 4ta y 5ta armónicos de la onda fundamental de Nd: YAG 1064 nm. Un verde puntero láser es una frecuencia doble Nd:Yvo4 Láser DPSS. Nd: YAG puede hacerse también a lase en su longitud de onda no principales. La línea en 946 nm se emplea normalmente en láser DPSS "puntero láser azul", donde se duplicó a 473 nm.
Propiedades físicas y químicas de Nd: YAG
Propiedades del cristal de YAG
- Fórmula: Y3Al5O12
- Peso molecular: 596.7
- Estructura cristalina: cúbica
- Dureza: 8 – 8,5 (Moh)
- Punto de fusión: 1950 ° C (3540 ° F)
- Densidad: 4,55 g/cm3
Índice de refracción de Nd: YAG
| Longitud de onda (μm) | Índice n (25 ° C) |
|---|---|
| 0.8 | 1.8245 |
| 0.9 | 1.8222 |
| 1.0 | 1.8197 |
| 1.2 | 1.8152 |
| 1.4 | 1.8121 |
| 1.5 | 1.8121 |
| 6.0 | 1.8621[citación necesitada] |
Propiedades de Nd: YAG @ 25 ° C (con 1% Nd doping)
- Fórmula: Y2.97Nd0.03Al5O12
- Peso del Nd: 0.725%
- Los átomos de Nd por unidad de volumen: 1,38 × 1020 / cm3
- Estado de Nd de carga: 3+
- Longitud de onda de emisión: 1064 nanómetro
- Transición: 4F3/2 → 4I11/2
- Duración de la fluorescencia: 230 μs
- Conductividad térmica: 0.14 W·cm−1·K−1
- Capacidad de calor específico: 0.59 J·g−1·K−1
- Expansión térmica: 6.9 × 10−6 K−1
- dn/dT:: 7.3 × 10−6 K−1
- Módulo de Young: 3.17 × 104 K·g/mm−2
- Cociente de Poisson: 0.25
- Resistencia al choque térmico: 790 W·m−1
Notas y referencias
- ^ a b Koechner §2, págs. 48-53.
- ^ Geusic, J. E.; Marcos, H. m..; Van Uitert, G. L. (1964). "Laser oscilaciones de aluminio de itrio nd-dopado granates Galio y gadolinio itrio". Letras de física aplicada 4 (10): 182. Bibcode:1964ApPhL...4..182G. Doi:10.1063/1.1753928.
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- ^ Koechner §6.1.1, págs. 251-264.
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