Print deze pagina
PrintversieHet medium van de Nd:YAG-laser bestaat uit Neodynium3+ (Nd3+) ionen die zijn ingebed in een Yttrium-Aluminium-Granaat (YAG) kristal, dat een goede warmtegeleiding vertoont. Dit kristal is meestal staafvormig en heeft (afhankelijk van het vermogen) een diameter van 10 mm en een lengte van 150 mm, zie onderstaande figuur.
Opbouw van een Nd:YAG laser met (flits)lampen
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
Het Nd3+ ion is verantwoordelijk voor het uitzenden van licht met een golflengte van 1.06 micrometer. Per staaf kan circa 500 W laserenergie worden opgewekt. Voor het verkrijgen van hoge vermogens worden daarom meerdere staven in serie geplaatst, zie onderstaande figuur.
Een 4 kW Nd:YAG laser, waarin meerdere resonatoren in serie zijn geplaatst. Elke module genereert 500 W.
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
Op deze wijze zijn vermogens tot circa 5 kW te genereren. Omdat het kristal niet elektrisch geleidend is, kan de pompenergie niet elektrisch worden toegevoerd, maar gebeurt dit optisch met behulp van krypton (flits)lampen of (AlGaAs) diodes. Omdat lampen 'wit' licht produceren, waarin alle golflengtes voorkomen, en de Nd3+ ionen slechts in een beperkte golflengteband licht absorberen, is het energetisch rendement van een lampgepompte Nd:YAG-laser slechts 3%.
Door het gebruik van diodes i.p.v. (flits)lampen wordt een energetisch rendement van ongeveer 10 % verkregen. De thermische belasting van de Nd:YAG staven is hierdoor lager, wat resulteert in een betere bundelkwaliteit. Bovendien hebben diodes een langere standtijd (circa 10000 uur) dan lampen (circa 1000 uur). Diodes zijn echter duurder dan lampen.
Nd:YAG-lasers kunnen werken in CW of puls mode. Met behulp van een Q-switch kunnen pulslengtes van 100 tot 500 ns (15 tot 150 ns voor diode gepompte lasers) bereikt worden. Een Q-switch is een snelle optische schakelaar in de resonator die de gestimuleerde emissie van fotonen blokkeert, terwijl het medium wel gewoon de pompenergie opneemt en de atomen in geëxciteerde toestand brengt. Wanneer de Q-switch wordt geopend, komt de gestimuleerde emissie ineens op gang en komt de opgeslagen energie ineens vrij. Hierdoor kunnen pulsvermogens van enkele honderden kilowatts bereikt worden.
Met behulp van niet-lineaire optische componenten buiten de resonator kan de golflengte van de Nd:YAG-laser worden gehalveerd van 1.06 micrometer tot 532 nm. Deze groene of frequentie verdubbelde Nd:YAG-lasers worden voornamelijk gebruikt voor het markeren/graveren. Het halveren gaat gepaard met veel vermogensverlies.
De voordelen van Nd:YAG-lasers t.o.v. CO2-lasers zijn o.a. dat het Nd:YAG laserlicht door een glasfiber kan worden getransporteerd en dat het beter wordt geabsorbeerd door metalen. Inmiddels zijn Nd:YAG-lasers beschikbaar in vermogens (meer dan 5 kW) voor het bewerken van dikke metalen producten. Nd:YAG-lasers zijn duurder in aanschaf en onderhoud dan CO2-lasers.
