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Yttrium-Vanadat Laser (YVO4) mit Nd Dotierung

Neodym-dotiertes Yttrium-Vanadat, kurz Nd:YVO4, ist einer der effizientesten Laserkristalle, die derzeit verfügbar sind. Es emittiert Infrarotlicht von 1064nm, 914 nm und 1342 nm Wellenlänge, das durch Frequenzverdopplung auch in den Bereich des sichtbaren Lichts verschoben werden kann. Durch die kleinen Wellenlängen kann der Laser, ebenso wie ein Nd:YAG-Laser, auf sehr kleine Flächen fokussiert werden, eignet sich also besonders dort, wo Präzision gefragt ist, sei es bei der Herstellung oder bei der Markierung von Bauteilen.

Funktionsweise

Die eigentlich wichtigen Teile in einem Nd:YVO4-Laser sind die Neodym-Atome. Sie werden anstelle von anderen Atomen in das Yttrium-Vanadat-Kristallgitter eingesetzt und sind das eigentliche aktive Medium.
Innerhalb eines solchen Nd-Atoms können die Elektronen sich nur auf bestimmten Energieniveaus bewegen, d.h. wenn Energie zugeführt wird, springen sie auf ein höheres Niveau, von dem sie nach einer gewissen Zeit wieder "herabfallen", wobei Energie in Form von Licht freigesetzt wird. Das ist dann das ausgesendete Laserlicht.
Der Vorgang, diese Elektronen anzuregen, wird Pumpen genannt und besteht daraus, Licht einer bestimmten Wellenlänge und Energie auf die Neodym-Atome zu senden. Dieses Licht stammt üblicherweise von Dioden, kann aber auch von Blitzlichtlampen oder einem weiteren Laser stammen. Dioden erreichen hierbei die höchste Energieeffizienz (25% bis 50%).
Auf beiden Seiten des Kristalls sind Spiegel angebracht (siehe Infografik), zwischen denen das emittierte Licht reflektiert wird. Die Photonen, die immer wieder durch den Kristall gehen, stoßen dabei gegen weitere Elektronen, so dass diese auch Photonen abgeben und der Strahl verstärkt wird.
Einer der beiden Spiegel ist teildurchlässig, hier verlässt das Laserlicht schlussendlich das Gerät.

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Infografik: Funktion ND:YVO4-Laser

Vergleich mit Nd:YAG-Lasern

Im Vergleich mit Nd:YAG-Lasern haben Nd:YVO4-Laser einige Vorteile, insbesondere für kompakte Geräte mit niedriger elektrischer Leistung.
So stört die Dotierung durch Nd-Atome das YVO4-Kristallgitter nicht so sehr wie das YAG-Kristallgitter, Nd:YVO4-Kristalle haben dadurch etwa bessere Wärmeleitfähigkeiten. Außerdem sind sie unempfindlicher gegenüber Schwankungen in der Wellenlänge der Pumpdioden: die ideale Wellenlänge sind 809 nm, aber der Kristall toleriert Abweichungen zwischen 801 und 821 nm, die etwa durch Temperaturschwankungen oder alternde Dioden entstehen.
Ferner absorbiert ein Nd:YVO4-Kristall die Energie der Pumpdioden besser, so dass für dieselbe Leistung ein kürzerer Kristall (ca. 1 mm) als bei einem Nd:YAG-Laser verwendet werden kann.

Anwendungsbereiche

Yttrium-Vanadat-Laser haben ebenso vielseitige Anwendungsbereiche wie andere Festkörperlaser. Jede Art von Materialbearbeitung ist denkbar: Schneiden, Bohren, Schweißen, Löten und Gravieren. Mit Lasern ist es auch möglich, Materialien zu reinigen oder zu härten.
Außerdem gibt es Anwendungen in der Spektroskopie, d.h. die Untersuchung der Lichtabsorption und Lichtemission eines Materials, aus denen man Rückschlüsse auf dessen Bestandteile ziehen kann, sowie in der Medizintechnik.
Durch Frequenzvervielfachung kann das Licht eines Nd:YVO4-Lasers in das blaue oder grüne sichtbare Licht verschoben werden, wodurch auch Einsatzmöglichkeiten wie Laserpointer oder Lightshows möglich sind.