Nd3+:YAG on nelitasoinen vahvistusmedia (lukuun ottamatta 946 nm:n siirtymää, jota käsitellään jäljempänä), ja se tarjoaa huomattavan laservahvistuksen jopa kohtalaisilla herätystasoilla ja pumpun intensiteeteillä.Vahvistuskaistanleveys on suhteellisen pieni, mutta tämä mahdollistaa korkean vahvistustehokkuuden ja siten alhaisen kynnyspumpputehon.
Nd:YAG-laserit voidaan pumpata diodi- tai lamppupumpulla.Lamppupumppaus on mahdollista laajakaistaisen pumppausabsorption vuoksi pääasiassa 800 nm:n alueella ja nelitasoisten ominaisuuksien vuoksi.
Yleisin Nd:YAG:n emissioaallonpituus on 1064 nm.Tästä aallonpituudesta alkaen voidaan tuottaa 532 nm:n, 355 nm:n ja 266 nm:n ulostuloja taajuutta kaksinkertaistamalla, kolminkertaistamalla ja nelinkertaistamalla. 946, 1123, 1319, 1338, 1415 ja 1444 nm:n emissiolinjoja on muitakin. 946 nm:n siirtymää käytettäessä Nd:YAG on lähes kolmitasoinen vahvistusmedia, joka vaatii huomattavasti suurempia pumppausintensiteettejä.Kaikki muut siirtymät ovat nelitasoisia siirtymiä.Jotkin näistä, kuten 1123 nm:n siirtymä, ovat hyvin heikkoja, joten tehokasta laserkäyttöä näillä aallonpituuksilla on vaikea saada aikaan:
- Jopa kohtalainen vahvistus edellyttää suurta herätetiheyttä, mikä suosii haitallisia vaimennusvaikutuksia.
- Lisäksi laserointia 1064 nm:n aallonpituudella, jolla vahvistus on paljon suurempi, on vaiennettava esimerkiksi käyttämällä sopivia dikropeilejä laserresonaattorin rakentamiseen.
Huolellisella optimoinnilla näilläkin heikoilla siirtymillä voidaan kuitenkin saada huomattavia lähtötehoja .
Nd:YAG:tä käytetään yleensä yksikiteisenä, Czochralski-kasvumenetelmällä valmistettuna, mutta saatavilla on myös keraamista (monikiteistä) Nd:YAG:tä korkealaatuisena ja suurikokoisena.Sekä yksikiteisen että keraamisen Nd:YAG:n absorptio- ja sirontahäviöt laserkiteen pituuden sisällä ovat yleensä mitättömiä, jopa suhteellisen pitkillä kiteillä.
Tyypilliset neodyymin dopingpitoisuudet ovat suuruusluokkaa 1 at. %.Suuret dopingpitoisuudet voivat olla edullisia esimerkiksi siksi, että ne lyhentävät pumpun absorptiopituutta, mutta liian suuret pitoisuudet johtavat ylemmän tilan eliniän sammumiseen esimerkiksi upkonversioprosessien kautta.Myös hävitettävän tehon tiheys voi nousta liian suureksi suuritehoisissa lasereissa.Huomattakoon, että neodyymin dopingtiheyden ei tarvitse välttämättä olla sama kaikissa osissa; on olemassa komposiittilaser-kiteitä, joissa on dopingoituja ja dopingoimattomia osia tai joissa on osia, joilla on erilaiset dopingtiheydet.
| Ominaisuus | arvo |
|---|---|
| kemiallinen kaava | Y3Al5O12 |
| kiderakenne | kuutioinen |
| massatiheys | 4.56 g/cm3 |
| Moh-kovuus | 8-8.5 |
| Youngin moduuli | 280 GPa |
| vetolujuus | 200 MPa |
| sulamispiste | 1970 °C |
| lämmönjohtavuus | 10-14 W / (m K) |
| lämpölaajenemiskerroin | 7-8 – 10-6/K |
| lämpöiskun kestävyysparametri | 790 W/m |
| kaksoishärähdys | ei ole (vain termisesti indusoitu) |
| taitekerroin 1064 nm:ssä | 1.82 |
| taitekertoimen lämpötilariippuvuus | 7-10 – 10-6/K |
Taulukko 1: Joitakin YAG:n = yttrium-alumiinigranaatin ominaisuuksia, jotka ovat samankaltaisia Nd- tai Yb- seostetulle YAG:lle.
| Ominaisuus | arvo |
|---|---|
| Nd-tiheys 1 at. % doping | 1.38 – 1020 cm-3 |
| fluoresenssin elinikä | 230 μs |
| absorptiopoikkileikkaus 808 nm:ssä | 7.7 – 10-20 cm2 |
| emissiopoikkileikkaus 946 nm:ssä | 5 – 10-20 cm2 |
| emissiopoikkileikkaus 1064 nm:ssä | 28 – 10-20 cm2 |
| emissiopoikkileikkaus 1.319 nm:ssä | 9.5 – 10-20 cm2 |
| emissiopoikkileikkaus 1338 nm:ssä | 10 – 10-20 cm2 |
| vahvistuskaistanleveys | 0.6 nm |
Taulukko 2: Eräitä Nd:YAG = neodyymilla seostetun yttrium-alumiinigranaatin ominaisuuksia.
| Ominaisuus | Arvo |
|---|---|
| Yb-tiheys 1 at. % doping | 1.38 – 1020 cm-3 |
| fluoresenssin elinikä | 950 μs |
| absorptiopoikkileikkaus 940 nm:ssä | 0.75 – 10-20 cm2 |
| emissiopoikkileikkaus 1030 nm:ssä | 2.2 – 10-20 cm2 |
| absorptiopoikkileikkaus 1030 nm:ssä | 0.12 – 10-20 cm2 |
| emissiopoikkileikkaus 1050 nm:ssä | 0.3 – 10-20 cm2 |
| absorptiopoikkileikkaus 1050 nm:ssä | 0.01 – 10-20 cm2 |
| vahvistuskaistanleveys | 15 nm |
Taulukko 3: Eräitä Yb:YAG = ytterbiumilla seostetun yttrium-alumiinigranaatin ominaisuuksia.