Nd3+:YAG jest cztery poziomy wzmocnienia (z wyjątkiem przejścia 946-nm, jak omówiono poniżej), oferując znaczne wzmocnienie lasera nawet dla umiarkowanych poziomów wzbudzenia i intensywności pompy.Szerokość pasma wzmocnienia jest stosunkowo mała, ale to pozwala na wysoką wydajność wzmocnienia, a tym samym niską moc progową pompy.
Lasery Nd:YAG mogą być pompowane diodą lub pompowane lampą.Pompowanie lampą jest możliwe dzięki szerokopasmowej absorpcji pompy głównie w regionie 800-nm i czteropoziomowej charakterystyce.
Najpopularniejszą długością fali emisyjnej lasera Nd:YAG jest 1064 nm.Począwszy od tej długości fali, wyjścia na 532, 355 i 266 nm mogą być generowane przez podwojenie, potrojenie i poczwórne podwojenie częstotliwości, odpowiednio.Inne linie emisji są na 946, 1123, 1319, 1338, 1415 i 1444 nm.Kiedy używany w 946-nm przejście, Nd:YAG jest quasi-trzypoziomowy środek wzmocnienia, wymagające znacznie wyższe natężenia pompy.Wszystkie inne przejścia są przejściami czteropoziomowymi.Niektóre z nich, takie jak to przy 1123 nm, są bardzo słabe, tak że wydajna praca lasera na tych długościach fali jest trudna do uzyskania:
- Nawet umiarkowane wzmocnienie wymaga dużej gęstości wzbudzenia, co sprzyja szkodliwym efektom wygaszania.
- Dodatkowo, lasing przy 1064 nm, długości fali o znacznie większym wzmocnieniu, musi być tłumiony, na przykład przez zastosowanie odpowiednich zwierciadeł dichroicznych do budowy rezonatora laserowego.
Jednakże, przy starannej optymalizacji, nawet na tych słabych przejściach można uzyskać znaczne moce wyjściowe .
Nd:YAG jest zwykle używany w postaci monokrystalicznej, wytwarzany metodą wzrostu Czochralskiego, ale istnieje również ceramiczny (polikrystaliczny) Nd:YAG dostępny w wysokiej jakości i w dużych rozmiarach.Zarówno w przypadku monokrystalicznego, jak i ceramicznego Nd:YAG, straty absorpcji i rozpraszania na długości kryształu lasera są zwykle pomijalne, nawet w przypadku stosunkowo długich kryształów.
Typowe stężenia domieszki neodymu są rzędu 1 at. %.Wysokie stężenia domieszek mogą być korzystne, np. dlatego, że zmniejszają długość absorpcji pompy, ale zbyt wysokie stężenia prowadzą do wygaszania czasu życia górnego stanu, np. przez procesy upconversion.Ponadto gęstość rozpraszanej mocy może stać się zbyt wysoka w laserach dużej mocy.Należy pamiętać, że gęstość domieszki neodymu nie musi być taka sama we wszystkich częściach; istnieją kompozytowe kryształy laserowe z domieszkowanymi i niedomieszkowanymi częściami lub z częściami o różnych gęstościach domieszek.
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| wzór chemiczny | Y3Al5O12 |
| struktura krystaliczna | sześcienna |
| gęstość masowa | 4.56 g/cm3 |
| twardość Moh | 8-8.5 |
| Moduł Younga | 280 GPa |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 200 MPa |
| temperatura topnienia | 1970 °C |
| przewodnictwo cieplne | 10-14 W / (m K) |
| współczynnik rozszerzalności cieplnej | 7-8 – 10-6/K |
| parametr odporności na szok termiczny | 790 W/m |
| birefleksja | brak (tylko indukowana termicznie) |
| współczynnik załamania światła przy 1064 nm | 1.82 |
| temperaturowa zależność współczynnika załamania | 7-10 – 10-6/K |
Tabela 1: Niektóre właściwości YAG = granat itrowo-glinowy, które są podobne dla Nd- lub Yb-domieszkowanego YAG.
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| Gęstość Nd dla 1 at. % domieszkowania | 1,38 – 1020 cm-3 |
| czas życia fluorescencji | 230 μs |
| przekrój absorpcji przy 808 nm | 7.7 – 10-20 cm2 |
| przekrój emisyjny przy 946 nm | 5 – 10-20 cm2 |
| przekrój emisyjny przy 1064 nm | 28 – 10-20 cm2 |
| przekrój emisyjny przy 1319 nm | 9.5 – 10-20 cm2 |
| przekrój emisyjny przy 1338 nm | 10 – 10-20 cm2 |
| szerokość pasma wzmocnienia | 0.6 nm |
Tabela 2: Niektóre właściwości Nd:YAG = granat itrowo-glinowy domieszkowany neodymem.
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| Gęstość Yb dla 1 at. % domieszkowania | 1.38 – 1020 cm-3 |
| czas życia fluorescencji | 950 μs |
| przekrój absorpcji przy 940 nm | 0.75 – 10-20 cm2 |
| przekrój emisyjny przy 1030 nm | 2,2 – 10-20 cm2 |
| przekrój absorpcyjny przy 1030 nm | 0.12 – 10-20 cm2 |
| przekrój emisyjny przy 1050 nm | 0,3 – 10-20 cm2 |
| przekrój absorpcyjny przy 1050 nm | 0.01 – 10-20 cm2 |
| gain bandwidth | 15 nm |
Tabela 3: Niektóre właściwości Yb:YAG = granat itrowo-glinowy domieszkowany itrem.
.