I.N.A.O.E
Física de Láseres
“Sistema láser de Nd:YAG”
Zulema Navarrete Meza
Dr. Carlos Treviño PalaciosAbril 27, 2004
ORGANIZACIÓN
Introducción
Constitución Física del Nd:YAG
Propiedades Físicas y Ópticas del Nd:YAG
Propiedades del Láser
Ingeniería del Láser Nd:YAG
Formas de emisión del Láser Nd:YAG
Formas de Operación del Nd:YAG
Aplicaciones
Bibliografía
Introducción
El Nd:YAG es un láser modelado en cuatro niveles que emite en el N-IR; está constituido por neodimio en forma de iones de impureza en un cristal de itrio-aluminio granate. El cristal tiene buenas propiedades químicas, térmicas y ópticas. Es un láser que emite en onda continua y pulsada. Los métodos más comunes para la modulación interna de la luz láser son Conmutación Q y Amarre de Modos.
El Nd es un elemento lantánido embebido en una matriz cristalina de YAG (Y3Al5O12). El cristal es de un color púrpura pálido . Los Iones Nd3+ sustituyen alrededor del 1% del Y3+.
Constitución Física del Nd:YAG
Propiedades Físicas y Ópticas
del Nd:YAG
Fórmula química Nd:Y3Al5O12
% Peso Nd 0.725% Atómico Nd 1.0átomos Nd/cm3 1.38 x 1020
Punto de Fusión 1970°CDureza de Knoop 1215Densidad 4.56 g/cm3
Esfuerzo de ruptura 1.3-2.6 x 106 kg/cm2
Módulo de elasticidad 3 x 106 kg/cm2
Coeficiente de expansión térmica orientación [100] 8.2 x 10-6°C-1, 0-250°C orientación [110] 7.7 x 10-6 °C-1, 10-250°C orientación [111] 7.8 x 10-6°C-1, 0-250°CAncho de línea 4.5 ÅSección eficaz de emisión estimulada R 2 – Y 3 21 = 6.5 x 10-19 cm2
4F 3/2 – 4I 11/2 21 = 2.8 x 10-19 cm2
Tiempo de vida fluorescente 230 sEnergía del fotón a 1.06 m h = 1.86 x 10-19 JÍndice de refracción 1.82 (a 1.0 m)
Pérdidas por esparcimiento sc ~ 0.002 cm-1
Propiedades físicas y ópticas del Nd:YAG
Propiedad Unidades 300 K 200 K 100 KConductividad térmica W cm-1 K-1 0.14 0.21 0.58Calor específico W s g-1 K-1 0.59 0.43 0.13Difusividad térmica cm2 s-1 0.046 0.1 0.92
Expansión térmica K-1 x 10-6 7.5 5.8 4.25
dn/dT K-1 7.3 x 10-6 - -
Propiedades térmicas del Nd:YAG
Es importante conocer los espectros de absorción de los medios de ganancia para asegurar la captura de los fotones emitidos por las fuentes de bombeo. En el caso del Nd:YAG dos de sus líneas de absorción más importantes se encuentran a 750 y 810 nm.
Propiedades del Láser
Niveles de energía a la transición láser a 1064nm del ND:YAG.
i) La emisión láser ocurre a 0=1064.1nm a 27°C
ii) El nivel de transición láser inferior (nivel 1) tiene una energía 0.2eV por encima del estado base
iii) A 27°C la población del nivel 1 está abajo por un factor de eE/kT e-10 del estado base, por lo tanto no es significativo
... Propiedades del Láser
... Propiedades del Láser
Sistema de
4 niveles
Los láseres de Nd:YAG se pueden encontrar en onda continua (CW) y en forma pulsada.
Formas de emisión del Láser Nd:YAG
Ingeniería del Láser Nd:YAG
Formas de Operación del Nd:YAG
Modulación interna del haz de luz:
Onda continua en Amarre de Modos (Mode-Locking)
Nd:YAG pulsado con Conmutación Q (Q-Switching) y Amarre de Modos.
Aplicaciones
Aplicaciones Militares
Ciencia
IndustriaMedicina
Comunicaciones
... Aplicaciones
i) Generación de Segundo Armónico (SHG) por Doblado de Frecuencia
ii) Generación de Tercer Armónico por suma de frecuencia de Segundo Armónico más la frecuencia fundamental
iii) Generación de Cuarto Armónico por doblado de frecuencia de Segundo Armónico
Bibliografía
Understanding Lasers (An entry-level guide), Jeff HECHT; Ed. IEEE Press. E.U.A., 1992
Fundamentals of Photonics, Bahaa E. A. SALEH & Malvin Carls TEICH; Ed. John Wiley & Sons. E.U.A., 1991
Solid-State Laser Engineering, Walter KOECHNER; Ed. Springer. E.U.A., 1999
Modern and Nonlinear Optics, Miles PADGETT ([email protected])
www.vloc.com
www.baikowski.com
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