高平均功率雷射晶體是指能滿足連續或平均雷射輸出功率在幾百瓦到幾千瓦的雷射器需求的晶體工作物質。為了獲得較高的輸出功率，雷射晶體不僅需要有較大的躍遷截面和較長的螢光壽命，而且工作物質應有足夠大的尺寸和足夠好的均勻性。
基本介紹
- 中文名：高平均功率雷射晶體
- 外文名：laser crystal with high a-verage power
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
簡介,構成元素,套用,雷射晶體,Nd:YAG的特性,Er:YAG,Yb:YAG,
簡介
高平均功率雷射晶體是指能滿足連續或平均雷射輸出功率在幾百瓦到幾千瓦的雷射器需求的晶體工作物質。
構成元素
為了獲得較高的輸出功率，雷射晶體不僅需要有較大的躍遷截面和較長的螢光壽命，而且工作物質應有足夠大的尺寸和足夠好的均勻性。適用於作高功率雷射器的工作物質有Nd:YAG、Nd:GGG和Nd:GSGG等晶體。其中後者摻入Cr後，能獲得較高的效率，但是，其熱效應比Nd: YAG嚴重得多。雷射二極體取得飛躍的發展，用雷射二極體作光泵的高功率固體雷射器，由於其高效、體積小、壽命長，不久將成為發展高功率固體雷射器的主流。已獲得了千瓦輸出功率的雷射二極體泵浦的Nd : YAG雷射器。
套用
主要用於雷射加工、雷射醫學和科研。
雷射晶體
雷射晶體所用的激活離子主要為過渡族金屬離子和三價稀土離子。過渡族金屬離子的光學電子是處於外層的3d電子，在晶體中這種光學電子易受到周圍晶場的直接作用，所以在不同結構類型的晶體中，其光譜特性有很大差異。三價稀土離子的4f電子受到5s和5p外層電子的禁止作用，使晶場對其作用減弱，但晶場的微擾作用使本來禁戒的4f電子躍遷成為可能，產生窄帶的吸收和螢光譜線。所以三價稀土離子在不同晶體中的光譜不像過渡族金屬離子變化那么大。雷射晶體所用的基質晶體主要有氧化物和氟化物。作為基質晶體除要求其物理化學性能穩定，易生長出光學均勻性好的大尺寸晶體，且價格便宜，但要考慮它與激活離子間的適應性，如基質陽離子與激活離子的半徑、電負性和價態應儘可能接近。此外，還要考慮基質晶場對激活離子光譜的影響。對於某些具有特殊功能的基質晶體，摻入激活離子後能直接產生具有某種特性的雷射，如在某些非線性晶體中，激活離子產生雷射後通過基質晶體能直接轉換成諧波輸出。使用較多的是：Nd:YAG，Nd:YVO4。
Nd:YAG的特性
1、高增益；
2、低閾值；
3、高效率；
4、低損耗；
5、熱導率高；
6、抗熱衝擊性好。
Er:YAG
Er:YAG是一種優良的2.94μm雷射晶體，廣泛套用於雷射醫療系統及其它領域。Er:YAG晶體是3mm雷射的最重要工作物質，並且具有斜率效率高、可在室溫下雷射工作、雷射波長處在人眼安全波段範圍內等特點。2.94mm Er:YAG雷射已經大量用於醫學領域中外科手術、皮膚科美容、牙科等治療。
Yb:YAG
Yb:YAG是一種很有前途的雷射材料，它比傳統的摻Nd雷射材料更適合二極體泵浦。與常用的Nd：YAG晶體相比，Yb:YAG的二極體泵浦吸收帶頻寬，能有效降低雷射二極體熱管理要求。它具有較長的高雷射能級壽命，每單位泵浦功率的熱負荷低3－4倍。摻鐿YAG晶體被期望替代摻釹YAG晶體用於高功率的二極體雷射器，以及其它相關的套用中。
