激光晶体的主要应用领域是固体激光器,作为产生受激辐射跃迁的工作物质,激光晶体中的掺杂离子能级结构决定了激光器的波长,基质的晶格结构及其宏观物理、化学性能决定了激光器的输出性能。可以说,激光晶体在很大程度上影响着固体激光器的发展。
YAG,是钇铝石榴石的简称,化学式为Y3Al5O12,是由Y2O3和Al2O3反应生成的一种复合氧化物,属立方晶系,具有石榴石结构。石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的链接网。
Nd:YAG晶体(激光晶体)
化学分子式:Y3-3XNd3xAl5O12 (x为Nd的掺杂浓度)
中文化学名:掺钕钇铝石榴石
主要性能指标:
晶向 <111>±5°、<100>±5°
晶体结构 立方晶系
激光发射波长 1064nm
Nd离子浓度 0.1~2.0at%
折射率 1.8169(λ=1064 nm)
熔点 1970℃
密度 4.55 g/cm3
莫氏硬度 8-8.5
热导率(20℃) 0.129Wcm-1K-1
热膨胀系数: 8.2X10-6K-1<100>
对于闪光灯泵浦的激光器而言,泵浦灯的发射光谱实际是一个宽带连续浦,只有少数的光谱峰和Nd离子吸收峰相匹配,所以一般的灯泵浦只利用了很少部分的光谱能量,效率较低。在Nd:YAG晶体的基础上添加Ce离子形成Ce:Nd:YAG是利用Ce离子能对紫外光谱区光子能量产生很好的吸收,并且将能量以无辐射跃迁的方式传递给Nd离子,从而增加了光谱的利用率,因此激光棒效率高、阈值低、重复频率特性好。另外,它将对Nd:YAG而言有害的紫外辐射(长时间的紫外辐射,会在Nd:YAG晶体内形成色心,从而降低晶体的激光性能)进行了有效的利用,因此抗紫外辐射、甚至可不用特殊的滤紫外石英套管。Ce:Nd:YAG因掺Ce以后晶体呈黄色,所以又叫黄棒。