激光晶体的种类和特点？

主要分为以下8类：

一般的激光晶体都是YAG材料，叫钇铝石榴石。

作为工业上使用较多的都是高掺钇铝石榴石，也就是说掺入不同的元素来达到不同的效果；作为工业激光，关注以下性能：

1、在相同的输入功率下，生热量低

2、棒体打磨，特别是端面精度要高

3、掺杂浓度高(比如YD，可达30at.%以上)，有较长的荧光寿命

4、晶体光谱简单，无激发态吸收和上转换，且无荧光浓度猝灭

应用

一、Nd:YAG晶体是综合性能最好的固体激光材料，具有高增益、低阈值、高效率、低损耗、热导率和抗热冲击性好的特性，适合多种激光工作模式（连续、脉冲、Q开关、锁模、倍频等），广泛应用于工业、医疗、军事和科研领域。

Nd:YAG的特性

1、高增益

2、低阈值

3、高效率

4、低损耗

5、热导率高

6、抗热冲击性好

二、Nd,Ce:YAG掺钕和铈钇铝石榴石)激光棒是重复频率风冷激光器最理想的工作物质，广泛用于小型激光测距机和激光医疗仪

Nd,Ce：YAG的优势

1、高效率，低阈值

2、高光学质量

3、良好的抗紫外辐射特性

4、良好的热稳定性

5、重复频率特性好

三、YCr4+:YAG晶体是一种优秀的激光晶体。它适用于Q开关、二极管泵浦、Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YVO4泵浦灯及其他掺杂Nd或Yb的波长0.8-1.2um的激光器。它具有极高的稳定性与可靠性、寿命长、抗损伤的特性，它将是一种理想的被动Q开关材料。

YCr4+:YAG的优势

1、寿命长

2、抗损伤

3、高稳定性

4、高可靠性

四、Er:YAG是一种优良的2.94μm激光晶体，广泛应用于激光医疗系统及其它领域。Er:YAG晶体是3mm激光的最重要工作物质,并且具有斜率效率高、可在室温下激光工作、激光波长处在人眼安全波段范围内等特点。2.94mm Er:YAG激光已经大量用于医学领域中外科手术、皮肤科美容、牙科等治疗。

Er:YAG的优势

1、高斜率效率

2、室温工作

3、激光工作波长对人眼相对安全

五、Yb:YAG是一种很有前途的激光材料，它比传统的掺Nd激光材料更适合二极管泵浦。与常用的Nd：YAG晶体相比，Yb:YAG的二极管泵浦吸收带带宽，能有效降低激光二极管热管理要求。它具有较长的高激光能级寿命，每单位泵浦功率的热负荷低3－4倍。掺镱YAG晶体被期望替代掺钕YAG晶体用于高功率的二极管激光器，以及其它相关的应用中。

Yb:YAG的优势

1、高斜率效率

2、高光学质量

3、热导率高，机械强度高

4、无激发态吸收和上转换

5、单位泵浦功率产生的热负荷比Nd:YAG晶体低

6、二极管泵浦吸收带宽约8nm@940nm

7、适合常用的高功率InGaAs激光二极管（波长940nm或970nm）泵浦

六、CTH:YAG（Cr,Tm,Ho:YAG）为近年来固体激光研究的热点领域之一,其产生2.1μm波长激光的优良晶体，以其为工作物质的2.1μm激光在医学、光通讯、遥感和激光雷达、激光化学、激光光谱、材料加工等方面显出重要的应用前景。

CTH:YAG的主要优点

1、脉冲输出能量高

2、适合重复频率工作

3、可于室温高效率工作

4、适合灯泵浦，也可以适用二极管泵浦

5、激光工作的波长对人眼相对较为安全

七、Nd:YLF晶体是连续激光、锁模激光的理想激光晶体材料，它的热透镜效应非常小，荧光线宽宽，输出线偏振光。Nd:YLF能够产生1047nm和1053nm波长激光，在惯性约束激光聚变科研项目中获得重要应用。　 Nd:YLF晶体的主要优点

1、相对小的受激发射截面

2、超大荧光线宽,连续激光应用等有较低的激发光阈值

3、有效地单模工作，输出高功率和低光束发散角

4、输出线偏振激光有利于获得高效率Q开关和倍频输出

5、大直径圆棒或大尺寸板条同样获得均匀模式激光输出

6、适合作为高功率钕玻璃激光系统振荡器和预放器。

八、Nd:YVO: 与Nd:YAG相比Nd:YVO4对泵浦光有更大的受激发射截面和较高的吸收系数。它是一种性能优良的激光晶体，适合制造激光二极管泵浦，特别是中低功率的激光器。可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。Nd:YVO4激光器已经在材料加工、机械、晶片检验、医学检验等多个领域得到广泛应用，而且Nd:YVO4二极管泵浦固态激光器正在迅速取代传统的水冷离子激光器和灯泵浦激光器的市场。　 Nd:YVO4的主要优点

1、光损伤阈值低，高斜率效率

2、为双轴晶体输出为线偏振

3、低频泵浦波长，易于单模输出

4、受激发射截面大，泵浦波长线宽的吸收高

5、在808nm的泵浦宽带为Nd:YAG的5倍

6、在1064nm处的受激发射截面是Nd:YAG的3倍

激光与空间技术胡海棠 国家科委信息司原常务副司长 研究员 ——一、激光技术 ——（一）什么是激光与激光技术 ——激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。物理学家把产生激光的机理溯源到1917年爱因斯坦解释黑体辐射定律时提出的假说，即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种基本过程。众所周知，任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状态有关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸收了适当频率外来能量（光）被激发而跃迁到相应的高能级上（受激吸收）后，总是力图跃迁到较低的能级去，同时将多余的能量以光子形式释放出来。如果光是在没有外来光子作用下自发地释放出来的（自发辐射），此时被释放的光即为普通的光（如电灯、霓虹灯等），其特点是光的频率大小、方向和步调都很不一致。但如果是在外来光子直接作用下由高能级向低能级跃迁时将多余的能量以光子形式释放出来（受激辐射），被释放的光子则与外来的入射光子在频率、位相、传播方向等方面完全一致，这就意味着外来光得到了加强，我们称之为光放大。显然，如果通过受激吸收，使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多（粒子数反转），这种光的放大现象就越明显，这时就有可能形成激光了。 ——激光之所以被誉为神奇的光，是因为它有普通光所完全不具备的四大特性。 ——1.方向性好 ——普通光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内（图8-9），这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。 ——2.亮度高 ——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。太阳光亮度大约是103瓦／（厘米2.球面度），而一台大功率激光器的输出光亮度经太阳光高出7～14个数量级。这样，尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术就是利用了这一特性。 ——3.单色性好 ——光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。太阳光包含红、登、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的可见光及红外光、紫外光等不可见光。而某种激光的波长，只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8纳米，其波长变化范围不到万分之一纳米。由于激光的单色性好，为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。 ——4.相干性好 ——干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性，它必然相干性极好。激光的这一特性使全息照相成为现实。 ——所谓激光技术，就是探索开发各种产生激光的方法以及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称。自1960年美国研制成功世界上第一台红宝石激光器，我国也于1961年研制成功国产首台红宝石激光器以来，激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。30多年来，激光技术得到突飞猛进的发展，不仅研制了各个特色的多种多样的激光器，而且激光应用领域不断拓展，并形成了激光唱盘唱机、激光医疗、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新兴产业。激光技术的飞速发展，使其成为当今新技术革命的“带头技术”之一。 ——（二）各式各样的激光器 ——在光源中，实现能级粒子数反转是实现光放大的前提，也就是产生激光的先决条件。要实现粒子数反转，需借助外来光的力量，使大量原来处于低能级的粒子跃迁到高能级上去，这个过程我们称之为“激励”。 ——我们通常所说的激光器，就是使光源中的粒子受到激励而产生受激辐射跃迁，实现粒子数反转，然后通过受激辐射而产生光的放大的装置。激光器虽然多种多样，但使命都是通过激励和受激辐射而获得激光。因此基本组成通常均由激活介质（即被激励后能产生粒子数反转的工作物质）、激励装置（即能使激活介质发生粒子数反转的能源，泵浦源）和光谐振腔（即能使光束在其中反复振荡和被多次放大的两块平面反射镜）等三个部分组成（图8-2）。 ——经过30余年的发展，各国开发出实用的激光器已超过200种。种类繁多，特点各异，用途也各不相同。激光器有各种不同的分类方法：按工作物质来分有气体、玻璃、晶体、液体、半导体、准分子等激光器，还有化学激光器（靠化学反应而形成受激状态）和自由电子激光器等；按波长来分，覆盖的波长范围包括远红外、红外、可见光、紫外直到远紫外，最近还研制出X射线激光器和正在开发的γ射线光器；

　　激光晶体由发光中心和基质晶体两部分组成。大部分激光晶体的发光中心由激活离子构成，激活离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体。激活离子成为基质晶体组分的一部分时，则构成自激活激光晶体。
　　激光晶体（laser crystal），可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料。是晶体激光器的工作物质。