Nd: YAG 레이저

Nd:YAG laser
Nd: 뚜껑이 열려 있는 YAG 레이저로 주파수가 532nm인 녹색 빛을 나타냅니다.
Nd: YAG 레이저 로드

Nd:YAG(네오디뮴 도프 이트륨 알루미늄 가넷; Nd:YALO3512)는 고체 레이저의 레이싱 매체로 사용되는 결정입니다.도판트인 3중 이온화 네오디뮴, Nd(III)는 일반적으로 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)의 숙주 결정 구조에서 이트륨 이온의 작은 부분(1%)을 대체합니다. 두 이온은 크기가 [1]비슷하기 때문입니다.루비 [1]레이저의 적색 크롬 이온과 같은 방식으로 결정의 끈을 잡아주는 네오디뮴 이온입니다.

Nd: 레이저 동작:YAG는 J.E에 의해 처음 시연되었다.1964년 [2]벨 연구소의 Geusic et al.

테크놀로지

다양한 종류의 이온 결정과 유리 속의 네오디뮴 이온은 레이저 이득 매체로 작용하며, 일반적으로 외부 소스로부터 들뜸으로 "펌프"된 후 네오디뮴 이온의 특정 원자 천이로부터 1064 nm의 빛을 방출합니다.

Nd: YAG 레이저는 플래시 튜브 또는 레이저 다이오드를 사용하여 광학적으로 펌핑됩니다.이것들은 가장 일반적인 레이저 타입의 1개이며, 다양한 용도에 사용됩니다.Nd:YAG 레이저는 일반적으로 1064 nm의 파장을 [3]적외선으로 방출합니다.단, 946, 1120, 1320 및 1440 nm 부근에서도 이행이 있습니다.Nd:YAG 레이저는 펄스 모드와 연속 모드 모두에서 작동합니다.펄스 수:YAG 레이저는 일반적으로 이른바Q 스위칭모드로 동작합니다.레이저 캐비티에 광스위치를 삽입하여 네오디뮴 이온의 최대 인구 반전을 기다린 후 개방한다.그러면 광파가 캐비티를 통과하여 최대 인구 역전 시 들뜬 레이저 매체를 채울 수 있습니다.이 Q 스위치 모드에서는 250메가와트의 출력 파워와 10~25나노초의 펄스 지속 시간이 [4]달성되었습니다.532nm에서는 고휘도 펄스를 효율적으로 2배로 하여 레이저광을 발생시키거나 355, 266 및 213nm에서는 고조파를 발생시킬 수 있습니다.

Nd:YAG는 주로 730~760nm~[3]790~820nm 대역에서 흡수됩니다.저전류 밀도에서 크립톤 플래시 램프는 약 900nm에서 더 많은 빛을 내는 일반적인 크세논 램프보다 이러한 대역에서 출력이 높습니다.따라서 전자는 펌핑에 더 효율적입니다. Nd:YAG [5]레이저

재료에 포함된 네오디뮴 도판트의 양은 용도에 따라 다르다.연속파 출력의 경우 도핑은 펄스 레이저보다 현저하게 낮습니다.도프된 CW 로드는 색이 적고 거의 흰색인 반면 도프된 로드는 분홍빛이 [citation needed]도는 보라색입니다.

네오디뮴의 다른 일반적인 숙주 재료는 YLF(불화 리튬 이트륨, 1047 및 1053 nm), YVO4(오르토바나데이트 이트륨, 1064 nm) 및 유리입니다.광학, 기계 및 열특성의 바람직한 조합을 얻기 위해 특정 호스트 재료를 선택한다.Nd: YAG 레이저 및 변종은 플래시 튜브, 연속 가스 방전 램프 또는 근적외선 레이저 다이오드(DPSS 레이저)에 의해 펌핑됩니다.사전 안정화 레이저(PSL) 유형 Nd:YAG 레이저는 LIGO, VIRGO, GEO600 및 [citation needed]TAMA와 같은 중력파 간섭계에 메인 빔을 제공하는 데 특히 유용한 것으로 입증되었습니다.

적용들

약

안구내 수정체 삽입 후 몇 달 후 후순두막 조영술의 슬릿 램프 사진(후순두막 조영술로 확인)

Nd:야그 레이저 안과에서 백내장 수술 후 chronic[7]고 그것은 대체로 초자체 눈 floaters,[10]의pan-retinal 광응고의 trea의 처리에 수술 iridectomy,[9]를 대체했다 급성 폐쇄각 glaucoma,[8]를 보유한 환자의 말초 iridotomy를 위한 후방 협막 opacification,[6]를 해결하기 위해 사용된다.prolife의 tment발정성 당뇨병 망막증,[11] 그리고 안과 동물 연구에서 [12]망막을 손상시킨다.

Nd: 1064 nm에서 빛을 방출하는 YAG 레이저는 레이저에 의해 다양한 장기의 양성 또는 악성 병변이 빔에 의해 감쇠되는 레이저 유도 열치료에 가장 널리 사용되어 왔다.

종양학에서는 Nd:YAG 레이저는 피부암 [13]제거에 사용할 수 있습니다.또한 양성 갑상선 [14]결절을 줄이고 1차 및 2차 악성 간 [15][16]손상을 파괴하는 데도 사용됩니다.

양성 전립선 [17][18]과형성증(BPH)을 치료하기 위해 레이저 전립선 수술(전립선 경요도 절제술의 일종)에 Nd:YAG 레이저를 사용할 수 있습니다.

이 레이저들은 레이저 제모 및 얼굴과 다리의 거미 정맥 등 경미한 혈관 결손 치료에도 널리 사용된다.Nd:YAG 레이저는 Venous Lake 입술 [19]병변 치료에도 사용됩니다.최근 Nd:YAG 레이저는 희귀 [20]피부질환인 두피세포염 해부에 사용되어 왔다.

히스테로스코프를 사용하여 Nd:YAG레이저는 [21]자궁내부 자궁중격 제거에 사용되어 왔다.

소아과에서 Nd:YAG레이저는 발톱의 [22]곰팡이 감염인 유니코균증 치료에 사용되고 있다.이러한 감염의 레이저 치료의 메리트는 아직 명확하지 않고,[23][24] 효과를 확립하기 위한 연구가 진행되고 있다.

치과

Nd: YAG 치과용 레이저가 드릴 치료의 대안으로 치과용 캐리 제거에 사용되었지만, 사용을 뒷받침하는 증거는 품질이 [25]낮습니다.그것들은 또한 잇몸절제술,[26][27] 치주성 설골 [28]괴사조직 제거술, LANAP,[29] 그리고 [30]맥관절제술과 같은 구강 내 연조직 수술에 사용되어 왔다.Nd:YAG 치과용 레이저도 치과 과민증 [31]치료 및 예방, 치주 [32]계장의 보조제 및 재발성 애프터성 [33]구내염 치료에 효과가 있는 것으로 나타났다.

제조업

Nd: YAG 레이저는 다양한 금속 및 플라스틱을 조각, 식각 또는 마킹하거나 레이저 [34]피닝과 같은 금속 표면 강화 공정에서 사용됩니다.강철, 반도체 및 다양한 합금의 절단 및 용접 제조에 광범위하게 사용됩니다.자동차 용도(절삭 및 용접 강철)의 경우 출력 레벨은 일반적으로 1~5kW입니다. (가스터빈 부품의 경우) 초합금 드릴링에는 일반적으로 펄스 Nd:YAG 레이저(밀리초 펄스, Q 스위치 없음).Nd: YAG 레이저를 사용하여 유리나 아크릴 유리 등의 투명한 재료에 표면 아래 마크를 만듭니다.적층 제조 시 금속의 선택적 레이저 용융에는 최대 2kW의 레이저가 사용됩니다.항공우주 분야에서는 공기 흐름/[citation needed]열 배기 효율을 높이기 위해 냉각 구멍을 뚫는 데 사용할 수 있습니다.

Nd:YAG 레이저는 기존의 고속 프로토타이핑 프로세스인 Laser Engineered Net Shaping(LENS)에도 사용됩니다.

레이저 피닝은 일반적으로 높은 에너지(10~40줄)와 10~30나노초의 펄스를 사용하여 레이저 빔을 직경 수 밀리미터 아래로 집중시킴으로써 부품 표면에 기가와트의 전력을 발생시킵니다.레이저 피닝은 재료를 가열하거나 첨가하지 않는다는 점에서 다른 제조 공정과 달리 금속 부품을 냉간 가공하여 압축 잔류 응력을 주는 기계적 공정입니다.레이저 피닝은 항공우주 및 발전 모두에서 가스 연소식 터빈 엔진에 구성 요소 손상 내성 개선 및 피로 수명 [35]및 강도 증가를 위해 널리 사용됩니다.

유체 역학

Nd:YAG 레이저는 유체역학에서의 흐름 가시화 기술(예를 들어 입자상 속도계 또는 레이저 유도 형광)[36]에 사용할 수 있습니다.

생물 물리학

Nd:YAG 레이저는 생물학적 응용을 위한 광학 핀셋을 만드는 데 자주 사용됩니다.이는 Nd:YAG 레이저는 대부분 1064 nm의 파장에서 방출됩니다.생물학적 샘플은 대개 물로 구성되기 때문에 이 파장에서 흡수 계수가 낮습니다.[37] 따라서 Nd를 사용합니다.YAG 레이저는 연구 중인 생물학적 샘플의 손상을 최소화합니다.

자동차

일본 국립자연과학원 연구진은 스파크 [38][39]플러그 대신 YAG칩을 이용해 엔진에서 연료를 점화시키는 레이저 점화기를 개발하고 있다.레이저는 800피코초 길이의 펄스를 사용하여 연료를 점화함으로써 보다 빠르고 균일한 점화 효과를 냅니다.연구원들은 이러한 점화기가 유해한 배출을 줄이면서 더 나은 성능과 연비를 제공할 수 있다고 말한다.

군사의

군사 잉여 Nd:YAG 레이저 거리 측정기 발사.레이저가 콜리메이터를 통해 발사되어 빔에 초점을 맞추고, 이 빔은 고무 블록을 통해 구멍을 폭파하여 플라즈마 버스트를 방출합니다.

Nd:YAG 레이저는 레이저 인디케이터 및 레이저 레인지 파인더에 가장 일반적으로 사용되는 레이저입니다.

이란-이라크 전쟁 동안 이란 병사들은 탱크 거리 탐지기를 포함한 다양한 이라크 정보원에 의해 4,000건 이상의 레이저 눈 부상을 입었다.Nd의 1064 nm 파장:YAG는 눈에 보이지 않고 초기 노출이 [40]고통스럽지 않기 때문에 특히 위험한 것으로 생각됩니다.

중국의 ZM-87 맹인 레이저 무기는 이런 종류의 레이저를 사용하지만 특정 재래식 무기 협약에 의해 금지되어 22개만 생산되었다.북한은 2003년 [41][42]미군 헬기에 이 무기 중 하나를 사용한 것으로 알려졌다.

캐비티 링다운 분광법(CRDS)

Nd:YAG는 일부 광흡수 [citation needed]물질의 농도 측정에 사용되는 캐비티 링다운 분광법 적용에 사용될 수 있다.

레이저 유도 파괴 분광법(LIBS)

주요 기사: 레이저 유도 파괴 분광법

범위 Nd:YAG 레이저는 주기율표 내의 원소 분석에 사용됩니다.XRF나 ICP와 같은 기존 방법과는 달리 응용 자체는 상당히 새로운 것이지만, 시간이 덜 걸리고 원소 농도를 테스트하는 데 더 저렴한 옵션이 입증되었습니다.고출력 Nd:YAG 레이저를 샘플 표면에 집중시켜 플라즈마를 생성합니다.플라즈마로부터의 빛을 분광계로 포착해, 각 원소의 특징적인 스펙트럼을 특정할 수 있기 때문에, 시료내의 원소의 농도를 측정할 [citation needed]수 있다.

레이저 펌핑

Nd: YAG 레이저는 주로 두 번째 및 세 번째 고조파를 통해 액체 또는[43] 고체 상태의 [44]염료 레이저를 자극하는 데 널리 사용됩니다.또한 Cr:와 같이4+ 진동적으로 확장된 고체 레이저의 펌프 소스로 사용됩니다.YAG 또는 Ti:sapshire 레이저를 펌핑하기 위한 두 번째 고조파를 경유합니다.

추가 주파수

많은 응용 분야에서 적외선은 가시광선(532nm, 녹색)[45] 또는 자외선을 얻기 위해 리튬 트리뷰트와 같은 비선형 광학 재료를 사용하여 주파수 두 배 또는 - 세 배입니다.붕산세슘 리튬은 Nd: 4차 및 5차 고조파를 생성합니다.YAG 1064 nm 기본 [46]파장녹색 레이저 포인터는 주파수가 2배 Nd:YVO4 다이오드펌프 솔리드 스테이트 레이저(DPSS 레이저).[47]Nd:YAG는 비주파장에서도 Lase 할 수 있습니다.946 nm의 라인은 일반적으로 "파란 레이저 포인터" DPSS 레이저에 사용되며, 여기서 473 [48][49][50]nm로 2배가 됩니다.

Nd:의 물리적 및 화학적 특성:YAG

YAG 결정의 특성

  • 공식 : YALO3512
  • 분자량: 596.7
  • 결정 구조:큐빅
  • 경도: 8 ~8.5 (Moh)[51]
  • 녹는점: 1970°C(3540°F)
  • 밀도: 4.55g/cm3

굴절률 Nd:YAG

파장(μm) 지수 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

Nd 속성:YAG @ 25 °C (1 % Nd 도핑 시)

  • 공식: YNdAlO2.970.03512
  • 중량: 0.725 %
  • 단위 부피당 Nd 원자: 1.38×1020/cm3
  • Nd의 충전+ 상태: 3
  • 방출 파장: 1064 nm
  • 이행:4F3/2 → I11/2
  • 형광 지속 시간: 230 μs[51]
  • 열전도율: 0.14 W·cm−1·K−1
  • 비열용량: 0.59J·g−1·K−1
  • 열팽창: 6.9×10−6−1 K
  • dn/dT: 7.3×10−6 K−1
  • 영률: 3.17×10K4·g/mm−2
  • 포아송 비율: 0.25
  • 내열충격성: 790 W/m−1

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