Nd3+:YAG é um meio de ganho de quatro níveis (exceto para a transição de 946 nm como discutido abaixo), oferecendo ganho substancial de laser mesmo para níveis moderados de excitação e intensidades de bomba.A largura de banda de ganho é relativamente pequena, mas isso permite um alto ganho de eficiência e, portanto, baixo limiar de potência da bomba.
Nd:YAG lasers podem ser bombeados por diodo ou por lâmpada. O bombeamento da lâmpada é possível devido à absorção da bomba de banda larga principalmente na região de 800-nm e às características de quatro níveis.
O comprimento de onda de emissão Nd:YAG mais comum é de 1064 nm.A partir desse comprimento de onda, as saídas a 532, 355 e 266 nm podem ser geradas por duplicação de frequência, triplicação de frequência e quadruplicação de frequência, respectivamente.Outras linhas de emissão estão a 946, 1123, 1319, 1338, 1415 e 1444 nm.Quando usado na transição de 946 nm, Nd:YAG é um meio de ganho de quase três níveis, requerendo intensidades de bomba significativamente mais altas.Todas as outras transições são de quatro níveis. Algumas delas, como a de 1123 nm, são muito fracas, de modo que é difícil obter uma operação eficiente do laser nestes comprimentos de onda:
- Even um ganho moderado requer uma alta densidade de excitação, o que favorece efeitos de têmpera prejudiciais.
- Além disso, a flexão a 1064 nm, o comprimento de onda com ganho muito maior, tem que ser suprimido, por exemplo, usando espelhos dicróicos adequados para construir o ressonador laser.
No entanto, com uma optimização cuidadosa, mesmo nestas transições fracas é possível obter potências de saída substanciais .
Nd:YAG é normalmente usado na forma monocristalina, fabricado com o método de crescimento Czochralski, mas também existe cerâmica (policristalina) Nd:YAG disponível em alta qualidade e em tamanhos grandes.Tanto para o Nd:YAG monocristalino como cerâmico, as perdas de absorção e dispersão dentro do comprimento de um cristal laser são normalmente negligenciáveis, mesmo para cristais relativamente longos.
As concentrações típicas de doping de neodímio são da ordem de 1 at. Concentrações altas de doping podem ser vantajosas, por exemplo, porque reduzem o comprimento de absorção da bomba, mas concentrações muito altas levam ao têmpera da vida útil do estado superior, por exemplo, através de processos de upconversão.
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Fórmula química | Y3Al5O12 |
| estrutura do cristal | cubic |
| densidade da massa | 4.56 g/cm3 |
| Moh dureza | 8-8.5 |
| Módulo do jovem | 280 GPa |
| Força de tensão | 200 MPa |
| ponto de fusão | 1970 °C |
| condutividade térmica | 10-14 W / (m K) |
| coeficiente de expansão térmica | 7-8 – 10-6/K |
| parâmetro de resistência ao choque térmico | 790 W/m |
| birefringência | nenhum (apenas induzido termicamente) |
| índice refractivo a 1064 nm | 1.82 |
| dependência de temperatura do índice de refracção | 7-10 – 10-6/K |
Quadro 1: Algumas propriedades do YAG = granada de alumínio ítrio, que são semelhantes para o Nd- ou Yb-doped YAG.
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade de Nd para 1 at. % doping | 1,38 – 1020 cm-3 |
| Perda de fluorescência | 230 μs |
| secção transversal de absorção a 808 nm | 7.7 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de emissão a 946 nm | >5 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de emissão a 1064 nm | 28 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de emissão a 1319 nm | 9.5 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de emissão a 1338 nm | 10 – 10-20 cm2 |
| ganhar largura de banda | 0.6 nm |
Tabela 2: Algumas propriedades do Nd:YAG = granada de alumínio ítrio dopado com neodímio.
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade de Yb para 1 at. % doping | 1,38 – 1020 cm-3 |
| Vida útil da fluorescência | 950 μs |
| Secção transversal de absorção a 940 nm | 0.75 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de absorção a 1030 nm | 2.2 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de absorção a 1030 nm | 0.12 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de absorção a 1050 nm | 0.3 – 10-20 cm2 |
| secção transversal de absorção a 1050 nm | 0.01 – 10-20 cm2 |
| ganhar largura de banda | 15 nm |
Tabela 3: Algumas propriedades de Yb:YAG = granada de alumínio ítrio dopado com ítrio.