 | Newsletter – Nr 4
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YLF – Eine Alternative zu Nd:YAG
Neodym dotierter Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG) ist bisher das Arbeitstier unter den Festkörperlasern. Zum einen werden diese Kristalle bei den Herstellern wegen der vergleichsweise unproblematischen Kristallzüchtung bevorzugt, zum anderen sind sie gut für Hochleistungsanwendungen geeignet.
Granate, wie Nd:YAG, sind im Allgemeinen sehr robust und anwenderfreundlich, haben aber einen entscheidenden Nachteil: Im Kristall kann durch das Pumplicht eine thermische Linse entstehen. Das führt zu unerwünschten Effekten, die das Licht während des Durchgangs durch den Kristall defokussieren. |
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Im speziellen hat sich Neodym dotiertes Yttrium-Lithium-Fluorid (Nd:YLF) im NIR als das meistgenutztes Fluorid durchgesetzt. Schon heute wird Nd:YLF in Bereichen eingesetzt, in denen im Vergleich zu Nd:YAG nur niedrige Leistungen, dafür aber bessere Strahlqualitäten, benötigt werden.
Nd:YLF ist ein doppelbrechender Kristall, der senkrecht zueinander polarisiertes Licht bei 1047 nm und 1053 nm emittiert. Thermische Linseneffekte sind wesentlich geringer ausgeprägt als bei Nd:YAG, was eine bessere Strahlqualität u.a. im TEM00-Mode ergibt. Nd:YLF kann CW- oder gepulst gepumpt, sowie lampen- als auch diodengepumpt betrieben werden. |
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| Nd:YLF-Spezifikationen und Toleranzen: |
| Dotierung |
1,1% (Standard)
0,5 – 3,0% (optional)
±0,10% für Stablänge ≤150 mm
±0,15% für Stablänge ≤200 mm |
| Durchmesser |
2,0 – 20,0 mm (±0,013 mm) |
| Länge |
1,0 – 150 mm (±0,5 mm) |
| Parallelität |
10 Bogensekunden |
Die Lebensdauer der Laserniveaus bei 1047 nm und 1053 nm liegen bei ca. 485 µs und 540 µs und sind damit mehr als doppelt so hoch wie bei Nd:YAG (230µs). So kann entweder die Pumpleistung reduziert oder die Spitzenleistung für Q-switch Pulse erhöht werden. Im Vergleich zu Nd:YAG kann Nd:YLF im Q-switch-Betrieb doppelt so lange gepumpt werden, bis spontane Emission eintritt, so dass in Nd:YLF mehr optische Energie als in Nd:YAG gespeichert werden kann.
YLF weist eine tetragonale Kristallstruktur auf mit zwei identischen A-Achsen und einer C-Achse. Generell wachsen die Kristalle parallel zu einer der A-Achsen und YLF-Stäbe oder YLF-Slabs werden so orientiert, dass die Laseremission entlang der A-Achse erfolgt.
Kristallwachstum entlang der A-Achse ist generell unproblematischer und eine entsprechende Stab-Orientierung bewirkt eine Bevorzugung des Laserübergangs bei 1047 nm während durch die C-Achsenorientierung eines YLF-Stabes die Laser-Emission bei 1053 nm stattfindet. Die A-Achse bietet gegenüber der C-Achsenorientierung bedeutende Vorteile durch einen um 50% höheren Wirkungsquerschnitt bei 1047 nm. Die Absorptionsmaxima für das Pumplicht sind je nach Orientierung leicht gegeneinander verschoben und liegen bei 792 nm für C-Achsenorientie-rung bzw. 797 nm für Stäbe die entlang der A-Achse orientiert sind. Ein wachstumsbedingtes charakteristisches Streifenmuster kann sich senkrecht zur Wachstumsrichtung ausbilden. Statistische Untersuchungen ergaben, dass die Laseremission senkrecht zum Streifenmuster zu optimaler Strahlqualität führt, was besonders bei YLF-Slab-Konfigurationen interessant ist.
Nd:YLF kann heute in Durchmessern von 2 mm bis 20 mm und Längen zwischen 1 mm und 150 mm gezogen werden. Im Allgemeinen wird Neodym mit 1% Dotierung hinzugesetzt, hergestellt werden können aber undotierte Kristalle bis zu einer Dotierung von 3%. Fluoride können fast in allen Formen hergestellt und mit diversen dielektrischen Schichten (AR, HR, usw.) versehen werden. Die Standardbeschichtung weist lediglich <0,15% Gesamtabsorption auf. |
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| Ihr Ansprechpartner: |
| Olaf Thomsen (Tel.: +49-6151-8806-759, E-mail: othomsen@ii-vi.de) |
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