Nd3+:YAG は4レベルの利得媒体（後述の946nmを除く）で、中程度の励起レベルとポンプ強度でかなりのレーザ利得が得られるのが特徴。
Nd:YAGレーザーは、ダイオード励起とランプ励起があります。ランプ励起は、主に800nmの領域での広帯域のポンプ吸収と4レベルの特性により、可能です。
Nd:YAGの発光波長は1064 nmが最も一般的である。946nmの遷移で使用される場合、Nd:YAGは準3レベルゲイン媒体であり、かなり高いポンプ強度が必要とされます。他のすべての遷移は4レベル遷移です。1123nmの遷移など、これらのいくつかは非常に弱いので、これらの波長での効率的なレーザー操作は困難です。
- 中程度の利得でも、高い励起密度を必要とし、有害な消光効果に有利に働きます。
- また、レーザー共振器を構成する際に適切なダイクロイックミラーを使用するなどして、より高い利得を持つ波長である1064nmでの発振を抑制することが必要である。
しかし、慎重に最適化すれば、これらの弱い遷移でもかなりの出力を得ることができます。
Nd:YAGは通常、Czochralski成長法で製造した単結晶で使われますが、高品質で大きなサイズのセラミック（多結晶）Nd:YAGも存在します。単結晶でもセラミックでも、レーザー結晶の長さ内での吸収と散乱の損失は、比較的長い結晶でも通常無視できます。 ネオジムのドーピング密度は必ずしもすべての部分で同じである必要はなく、ドープした部分とドープしていない部分、または異なるドーピング密度を持つ部分を持つ複合レーザー結晶があります。
| 特性 | 値 |
|---|---|
| 化学式 | Y3Al5O12 |
| 結晶構造 | 立方体 |
| 質量密度 | 4.56 g/cm3 |
| モース硬度 | 8-8.5 |
| ヤング率 | 280 GPa |
| 引張強度 | 200 MPa |
| 融点 | 1970 ℃ |
| 熱伝導率 | 10-14 W / (m K) |
| 熱膨張係数 | 7-8 – 10-6/K |
| 熱衝撃耐性パラメータ | 790 W/m |
| 複屈折 | なし（熱誘起のみ） |
| 1064nmでの屈折率 | 1.82 |
| 屈折率の温度依存性 | 7-10 – 10-6/K |
Table 1: YAG = イットリウム・アルミニウム・ガーネットのいくつかの特性（Nd-またはYbドープYAGでも類似している）です。
| 特性 | 値 |
|---|---|
| Nd密度は1at. | 1.38 – 1020 cm-3 |
| 蛍光寿命 | 230 μs |
| 808nmにおける吸収断面積 | 7.0 μs |
| 1.0 μs | |
| 946 nmにおける発光断面積 | 5 – 10-20 cm2 |
| 1064 nmにおける発光断面積 | 28 – 10-20 cm2 |
| 1319 nmにおける発光断面積 | 9.8cm。5 – 10-20 cm2 |
| 1338 nmでの発光断面積 | 10 – 10-20 cm2 |
| ゲインバンド幅 | 0.6 nm |
表2 Nd:YAG = ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネットの特性
| 特性 | 値 | |
|---|---|---|
| Yb密度 1 at.に対する特性。 | 1.38 – 1020 cm-3 | |
| 蛍光寿命 | 950 μs | |
| 0.1 μs | 1.0 μs | 1.0 μs |
| 1.0 μs | ||
| 1030 nmにおける発光断面積 | 2.2 – 10-20 cm2 | |
| 1030 nmにおける吸収断面積 | 0.0 – 10-20 cm2 | 1030 nmにおける吸光断面積 |
| 1050 nmにおける発光断面積 | 0.3 – 10-20 cm2 | |
| 1050 nmにおける吸収断面積 | 0.0 – 10-10 cm2 | 0.3 – 10-10 cm2における発光断面積 |
| 利得帯域幅 | 15 nm |
表3 Yb:YAG = イッテルビウム添加アルミニウムガーネットの特性
Yb:YAG = イットリウムイットリウムガーネット