RP Фотоническая энциклопедия - YAG-лазеры, Nd: YAG-лазер, Yb: YAG, иттрий-алюминиевый гранат

  1. Свойства Nd: YAG
  2. Другие лазерно-активные добавки в YAG
  3. Список используемой литературы

Найти более подробную информацию о поставщике на конец статьи энциклопедии или зайдите в наш

Вас еще нет в списке? Получите вашу запись!

Термин YAG-лазер обычно используется для твердотельные лазеры основанный на неодим YAG (Nd: YAG, точнее Nd3 +: YAG), хотя есть и другие редкоземельный легированный YAG кристаллы например, с иттербий , эрбий , легирование тулия или гольмия (см. ниже). YAG - это сокращение от иттрий-алюминиевого граната (Y3Al5O12), синтетического кристаллического материала, ставшего популярным в форме лазерные кристаллы в 1960-х гг. Ионы иттрия в YAG могут быть заменены лазерно-активными редкоземельными ионами без сильного влияния на структуру решетки, поскольку эти ионы имеют одинаковый размер.

YAG является хозяином среды с благоприятными свойствами, особенно для мощные лазеры а также Лазеры с модуляцией добротности испуская при 1064 нм.

ЯГ лазеры во многих случаях объемные лазеры изготовлены из дискретных оптических элементов. Однако существуют также монолитные YAG-лазеры, например, микрочип лазеры а также неплоские кольцевые генераторы ,

Самые популярные альтернативы Nd: YAG среди усиленный неодимом усилитель являются Nd: YVO4 а также Nd: YLF , В настоящее время лазеры на Nd: YAG также должны конкурировать с лазерами на Yb: YAG (см. Ниже).

Свойства Nd: YAG

Nd3 +: YAG является четыре уровня усиления среднего (за исключением перехода 946 нм, как описано ниже), предлагая существенный лазер усиление даже для умеренных уровней возбуждения и интенсивности накачки. получить пропускную способность является относительно небольшим, но это позволяет повысить эффективность и, таким образом, низкий пороговая мощность насоса ,

Nd: YAG лазеры могут быть с диодной накачкой или же лампа накачана , Накачка лампы возможна благодаря широкополосной связи всасывание насоса в основном в области 800 нм и четырехуровневые характеристики ,

Найти более подробную информацию о поставщике на   конец статьи энциклопедии   или зайдите в наш   Вас еще нет в списке

Рисунок 1. Структура энергетического уровня и общие накачка и лазерные переходы трехвалентного иона неодима в Nd3 +: YAG.

Наиболее распространенная длина волны излучения Nd: YAG составляет 1064 нм. Начиная с этой длины волны, выходы на 532, 355 и 266 нм могут генерироваться удвоение частоты , частота утроения а также частота в четыре раза соответственно. Другие линии излучения находятся в 946, 1123, 1319, 1338, 1415 и 1444 нм. При использовании на переходе 946 нм Nd: YAG представляет собой квази-три уровня усиления среднего , требующий значительно более высоких интенсивностей накачки. Все остальные переходы являются четырехуровневыми. Некоторые из них, такие как на длине волны 1123 нм, очень слабые, поэтому трудно добиться эффективной работы лазера на этих длинах волн:

  • Даже умеренный усиление требует высокой плотности возбуждения, что способствует гашение последствия.
  • Кроме того, генерация на длине волны 1064 нм с гораздо более высоким усилением должна быть подавлена, например, с помощью подходящего дихроичные зеркала для построения лазерный резонатор ,

Однако при тщательной оптимизации даже на этих слабых переходах можно получить существенную выходную мощность [4].

Nd: YAG обычно используется в монокристаллической форме, изготовленной методом роста Чохральского, но также существует керамический (поликристаллический) Nd: YAG доступен в высоком качестве и в больших размерах. Для монокристаллического и керамического Nd: YAG, поглощение а также рассеяние потери в пределах длины лазерного кристалла обычно незначительны даже для относительно длинных кристаллов.

Типичный неодим концентрации допинга имеют порядок 1 в. %. Высокие концентрации легирования могут быть полезными, например, потому что они уменьшают всасывание насоса длина, но слишком высокие концентрации приводят к гашение из время жизни в верхнем состоянии например, через апконверсии процессы. Кроме того, плотность рассеиваемой мощности может стать слишком высокой в мощные лазеры , Обратите внимание, что плотность легирования неодимом не обязательно должна быть одинаковой во всех частях; имеются композитные лазерные кристаллы с легированными и нелегированными частями или с частями, имеющими различные плотности легирования.

Свойство Значение химическая формула Y3Al5O12 кристаллическая структура кубическая масса плотность 4,56 г / см3 твердость по Моосу 8–8,5 Модуль Юнга 280 ГПа предел прочности 200 Мпа температура плавления 1970 ° C теплопроводность 10–14 Вт / (м К) коэффициент теплового расширения 7–8 · 10–6 / K, параметр сопротивления тепловому удару, 790 Вт / м, двулучепреломление, нет (только при термическом воздействии), показатель преломления при 1064 нм. 1,82, температурная зависимость, показатель преломления 7–10 · 10−6 / K.

Таблица 1: Некоторые свойства YAG = иттрий-алюминиевого граната, которые аналогичны для YAG, легированного Nd или Yb.

Значение свойства Nd для плотности 1 ат. % легирования 1,36 · 1020 см-3 время жизни флуоресценции 230 мкс сечение поглощения при 808 нм 7,7 · 10-20 см2 сечение излучения при 946 нм 5 · 10-20 см2 сечение излучения при 1064 нм 28 · 10-20 см2 сечение излучения сечение при 1319 нм, сечение излучения 9,5 · 10-20 см2 при 1338 нм, ширина полосы усиления 10 · 10-20 см2, 0,6 нм

Таблица 2: Некоторые свойства Nd: YAG = иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом.

Значение свойства Yb для плотности 1 ат. % легирования 1,38 · 1020 см-3 время жизни флуоресценции 950 мкс сечение поглощения при 940 нм 0,75 · 10-20 см2 сечение излучения при 1030 нм 2,2 · 10-20 см2 сечение поглощения при 1030 нм 0,12 · 10-20 см2 сечение излучения сечение при 1050 нм 0,3 · 10-20 см2, сечение поглощения при 1050 нм 0,01 · 10-20 см2, ширина полосы пропускания 15 нм

Таблица 3: Некоторые свойства Yb: YAG = иттбий-легированного иттрий-алюминиевого граната.

Другие лазерно-активные добавки в YAG

В дополнение к Nd: YAG, есть несколько усилений YAG с другими активными лазером добавками:

  • Иттербий - Yb: YAG излучает обычно при 1030 нм (самая сильная линия) или 1050 нм (→ Усиливающая среда, легированная иттербием ). Он часто используется, например, в мощных и эффективных тонкодисковые лазеры ,
  • эрбий - импульсные лазеры Er: YAG, часто Лампа накачкой , могут излучать при 2,94 мкм и используются, например, в стоматологии и для шлифовки кожи. Er: YAG также может излучать при 1645 нм [2] и 1617 нм.
  • Лазеры Thulium-Tm: YAG излучают на длинах волн около 2 мкм, с перестраиваемость по длине волны в диапазоне ширины ≈ 100 нм.
  • Гольмий - Ho: YAG излучает на более длинных волнах около 2,1 мкм. Лазеры Ho: YAG с модуляцией добротности используются, например, для накачки инфракрасный ОПГ , Существуют также легированные гольмием лазерные кристаллы с кодопантами, например Ho: Cr: Tm: YAG.
  • хром - Cr4 +: YAG-лазеры излучают около 1,35–1,55 мкм и часто накачиваются Nd: YAG-лазерами при 1064 нм. Их широкая полоса излучения делает их пригодными для генерации ультракороткие импульсы , Обратите внимание, что Cr4 +: YAG также широко используется в качестве насыщаемый поглотитель материал для Лазеры с модуляцией добротности в 1-мкм области.

YAG-лазеры, легированные неодимом или иттербием, в области 1 мкм в сочетании с удвоители частоты часто являются основой зеленые лазеры особенно когда высшие силы Требуются, чем с лазерами с непосредственным излучением зеленого цвета.

Список используемой литературы

[1] JE Geusic et al. «Лазерные колебания в гранулах иттрия, алюминия, иттрия, галлия и гадолиния», Appl. Phys. Lett. 4 (10), 182 (1964) [2] Д.Ю. Шен и соавт. «Высокоэффективный Er: YAG-лазер с внутриполосной накачкой мощностью 60 Вт при длине волны 1645 нм», Оптик Lett. 31 (6), 754 (2006) [3] JW Kim et al. «Er: YAG-лазеры с волоконной лазерной накачкой», IEEE Sel. Верхний. Квантовый Электрон. 15 (2), 361 (2009) [4] Ли Чаоян и соавт. «Высококачественный Nd: YAG-лазер с диодной накачкой и мощностью пучка излучения 106,5 Вт при 1123 нм», Оптик Экспресс 18 (8), 7923 (2010) [5] X. Délen et al. «Монокристаллический лазер Nd: YAG с непрерывной волной 34 Вт, излучающий при 946 нм», Appl. Phys. B 104 (1), 1 (2011) [6] ХК Ли и соавт. «Диодно-накачанный непрерывно-волновой Nd: YAG-лазер для глаз на длине волны 1415 нм», Оптик Lett. 37 (7), 1160 (2012)

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: ванадатные лазеры , YLF лазеры , лазерные кристаллы , усиленный неодимом усилитель , Усиление усиления, легированное хромом , Усиливающая среда, легированная иттербием , Редкоземельные легированные носители усиления , керамические носители , твердотельные лазеры , лазеры с ламповой накачкой , лазеры с диодной накачкой , неплоские кольцевые генераторы , Spotlight статья 2006-09-16
и другие статьи в категориях оптические материалы , лазеры

Смотрите также:   ванадатные лазеры   ,   YLF лазеры   ,   лазерные кристаллы   ,   усиленный неодимом усилитель   ,   Усиление усиления, легированное хромом   ,   Усиливающая среда, легированная иттербием   ,   Редкоземельные легированные носители усиления   ,   керамические носители   ,   твердотельные лазеры   ,   лазеры с ламповой накачкой   ,   лазеры с диодной накачкой   ,   неплоские кольцевые генераторы   ,   Spotlight статья 2006-09-16   и другие статьи в категориях   оптические материалы   ,   лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети: