Nd3+:YAG er et fire-niveau forstærkningsmedium (bortset fra 946-nm overgangen som beskrevet nedenfor), hvilket giver en betydelig laserforstærkning selv ved moderate excitationsniveauer og pumpeintensiteter.Forstærkningsbåndbredden er relativt lille, men dette giver mulighed for en høj forstærkningseffektivitet og dermed en lav tærskelpumpekraft.
Nd:YAG-lasere kan være diodepumpede eller lampepumpede.Lampepumpning er mulig på grund af den bredbåndede pumpeabsorption hovedsagelig i 800-nm-området og de fire-niveau karakteristika.
Den mest almindelige Nd:YAG-emissionsbølgelængde er 1064 nm.Med udgangspunkt i denne bølgelængde kan output ved 532, 355 og 266 nm genereres ved henholdsvis frekvensfordobling, frekvensdobling, frekvensdobling og frekvensfirdobling.Andre emissionslinjer er ved 946, 1123, 1319, 1338, 1415 og 1444 nm.Når Nd:YAG anvendes ved 946-nm-overgangen, er Nd:YAG et kvasi-tre-niveau-forstærkningsmedium, hvilket kræver betydeligt højere pumpeintensiteter.Alle andre overgange er overgange på fire niveauer.Nogle af disse, som f.eks. den ved 1123 nm, er meget svage, så effektiv laserdrift ved disse bølgelængder er vanskelig at opnå:
- Selv en moderat forstærkning kræver en høj excitationstæthed, hvilket begunstiger skadelige quenching-effekter.
- Dertil kommer, at lasing ved 1064 nm, bølgelængden med meget højere forstærkning, skal undertrykkes, f.eks. ved at anvende egnede dichroiske spejle til opbygning af laserresonatoren.
Med omhyggelig optimering kan man imidlertid selv ved disse svage overgange opnå betydelige udgangseffekter .
Nd:YAG anvendes normalt i monokrystallinsk form, fremstillet med Czochralski-vækstmetoden, men der findes også keramisk (polykrystallinsk) Nd:YAG i høj kvalitet og i store størrelser.For både monokrystallinsk og keramisk Nd:YAG er absorptions- og spredningstab inden for laserkrystallens længde normalt ubetydelige, selv for relativt lange krystaller.
Typiske neodym-dopingkoncentrationer er i størrelsesordenen 1 at. %.Høje dopingkoncentrationer kan være fordelagtige, f.eks. fordi de reducerer pumpeabsorptionslængden, men for høje koncentrationer fører til udslukning af den øvre tilstands levetid, f.eks. via opkonversionsprocesser.Også tætheden af dissiperet effekt kan blive for høj i lasere med høj effekt.Bemærk, at neodym-dopingtætheden ikke nødvendigvis behøver at være den samme i alle dele; der findes sammensatte laserkrystaller med dopede og udopedede dele, eller med dele med forskellige dopingtætheder.
| Egenskab | Værdi |
|---|---|
| kemisk formel | Y3Al5O12 |
| krystalstruktur | kubisk |
| massetæthed | 4.56 g/cm3 |
| Moh-hårdhed | 8-8.5 |
| Young’s modul | 280 GPa |
| trækstyrke | 200 MPa |
| Smeltningspunkt | 1970 °C |
| termisk ledningsevne | 10-14 W / (m K) |
| termisk udvidelseskoefficient | 7-8 – 10-6/K |
| termisk stødmodstandsparameter | 790 W/m |
| birefringence | ingen (kun termisk induceret) |
| brydningsindeks ved 1064 nm | 1.82 |
| temperaturafhængighed af brydningsindekset | 7-10 – 10-6/K |
Tabel 1: Nogle egenskaber for YAG = yttriumaluminiumgranat, som er ens for Nd- eller Yb-doteret YAG.
| Egenskab | Værdi |
|---|---|
| Nd-tæthed for 1 at. % dotering | 1,38 – 1020 cm-3 |
| fluorescenslevetid | 230 μs |
| absorptionstværsnit ved 808 nm | 7.7 – 10-20 cm2 |
| emissionstværsnit ved 946 nm | 5 – 10-20 cm2 |
| emissionstværsnit ved 1064 nm | 28 – 10-20 cm2 |
| emissionstværsnit ved 1319 nm | 9.5 – 10-20 cm2 |
| emissionstværsnit ved 1338 nm | 10 – 10-20 cm2 |
| forstærkningsbåndbredde | 0.6 nm |
Tabel 2: Nogle egenskaber for Nd:YAG = neodym-doteret yttriumaluminiumgranat.
| Egenskab | Værdi |
|---|---|
| Yb-tæthed for 1 ved. % dotering | 1,38 – 1020 cm-3 |
| fluorescenslevetid | 950 μs |
| absorptionstværsnit ved 940 nm | 0.75 – 10-20 cm2 |
| emissionstværsnit ved 1030 nm | 2,2 – 10-20 cm2 |
| absorptionstværsnit ved 1030 nm | 0.12 – 10-20 cm2 |
| emissionstværsnit ved 1050 nm | 0,3 – 10-20 cm2 |
| absorptionstværsnit ved 1050 nm | 0.01 – 10-20 cm2 |
| forstærkningsbåndbredde | 15 nm |
Tabel 3: Nogle egenskaber for Yb:YAG = ytterbium-doteret yttriumaluminiumgranat.