Nd3+:YAG este un mediu cu patru niveluri de câștig (cu excepția tranziției de 946 nm, după cum se discută mai jos), oferind un câștig laser substanțial chiar și pentru niveluri de excitație și intensități de pompare moderate.Lățimea de bandă a câștigului este relativ mică, dar acest lucru permite o eficiență ridicată a câștigului și, prin urmare, o putere de pompare de prag scăzută.
Laserele Nd:YAG pot fi pompate cu diode sau cu lampă.Pomparea cu lampă este posibilă datorită absorbției de pompare în bandă largă, în principal în regiunea 800 nm și a caracteristicilor cu patru niveluri.
Cea mai comună lungime de undă de emisie Nd:YAG este de 1064 nm.Pornind de la această lungime de undă, pot fi generate ieșiri la 532, 355 și 266 nm prin dublarea frecvenței, triplarea frecvenței și, respectiv, cvadruplarea frecvenței.Alte linii de emisie sunt la 946, 1123, 1319, 1338, 1415 și 1444 nm.Atunci când este utilizat la tranziția de 946 nm, Nd:YAG este un mediu de câștig cvasi-trei niveluri, necesitând intensități de pompare semnificativ mai mari.Toate celelalte tranziții sunt tranziții cu patru niveluri.Unele dintre acestea, cum ar fi cea de la 1123 nm, sunt foarte slabe, astfel încât este dificil de obținut o funcționare eficientă a laserului pe aceste lungimi de undă:
- Chiar și un câștig moderat necesită o densitate de excitație ridicată, ceea ce favorizează efectele dăunătoare de stingere.
- În plus, laserul la 1064 nm, lungimea de undă cu un câștig mult mai mare, trebuie să fie suprimat, de exemplu prin utilizarea unor oglinzi dicroice adecvate pentru construirea rezonatorului laser.
Cu toate acestea, cu o optimizare atentă, chiar și pe aceste tranziții slabe se pot obține puteri de ieșire substanțiale .
Nd:YAG este utilizat de obicei în formă monocristalină, fabricat prin metoda de creștere Czochralski, dar există și Nd:YAG ceramic (policristalin) disponibil în calitate înaltă și în dimensiuni mari.Atât pentru Nd:YAG monocristalin, cât și pentru Nd:YAG ceramic, pierderile de absorbție și împrăștiere pe lungimea unui cristal laser sunt în mod normal neglijabile, chiar și pentru cristale relativ lungi.
Concentrațiile tipice de dopaj cu neodim sunt de ordinul a 1 at. %.Concentrațiile mari de dopaj pot fi avantajoase, de exemplu, pentru că reduc lungimea de absorbție a pompei, dar concentrațiile prea mari duc la stingerea duratei de viață a stării superioare, de exemplu, prin procese de conversie ascendentă.De asemenea, densitatea de putere disipată poate deveni prea mare în laserele de mare putere.Rețineți că densitatea de dopaj cu neodim nu trebuie să fie neapărat aceeași în toate părțile; există cristale laser compozite cu părți dopate și nedopate, sau cu părți care au densități de dopaj diferite.
| Proprietate | Valoare |
|---|---|
| formula chimică | Y3Al5O12 |
| structură cristalină | cubică |
| densitate de masă | 4.56 g/cm3 |
| Duritate Moh | 8-8.5 |
| Modulul lui Young | 280 GPa |
| rezistența la tracțiune | 200 MPa |
| punctul de topire | 1970 °C |
| conductivitatea termică | 10-14 W / (m K) |
| coeficientul de dilatare termică | 7-8 – 10-6/K |
| parametru de rezistență la șocuri termice | 790 W/m |
| birefringență | niciodată (doar indusă termic) |
| indice de refracție la 1064 nm | 1.82 |
| dependența de temperatură a indicelui de refracție | 7-10 – 10-6/K |
Tabelul 1: Unele proprietăți ale YAG = granat de ytriu și aluminiu, care sunt similare pentru YAG dopat cu Nd sau Yb.
| Proprietate | Valoare |
|---|---|
| Densitatea Nd pentru 1 at. % dopaj | 1,38 – 1020 cm-3 |
| durata de viață a fluorescenței | 230 μs |
| secțiunea transversală de absorbție la 808 nm | 7.7 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de emisie la 946 nm | 5 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de emisie la 1064 nm | 28 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de emisie la 1319 nm | 9.5 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de emisie la 1338 nm | 10 – 10-20 cm2 |
| lățime de bandă de câștig | 0.6 nm |
Tabel 2: Câteva proprietăți ale Nd:YAG = granat de aluminiu și ytriu dopat cu neodimiu.
| Proprietate | Valoare |
|---|---|
| Densitatea de yb pentru 1 at. % dopaj | 1,38 – 1020 cm-3 |
| durata de viață a fluorescenței | 950 μs |
| secțiunea transversală de absorbție la 940 nm | 0.75 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de emisie la 1030 nm | 2,2 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de absorbție la 1030 nm | 0.12 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de emisie la 1050 nm | 0,3 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de absorbție la 1050 nm | 0,3 – 10-20 cm2 |
| secțiune transversală de absorbție la 1050 nm | 0.01 – 10-20 cm2 |
| lățime de bandă de câștig | 15 nm |
Tabelul 3: Unele proprietăți ale Yb:YAG = granat de aluminiu și ytriu dopat cu ytterbiu.
.