Nd3+:YAG je čtyřúrovňové zesilovací médium (s výjimkou přechodu 946 nm, jak je popsáno níže), které nabízí značný laserový zisk i pro střední úrovně excitace a intenzity čerpání.Šířka pásma zisku je relativně malá, což však umožňuje vysokou účinnost zisku, a tedy nízký prahový výkon čerpadla.
Lasery Nd:YAG mohou být čerpány diodou nebo lampou.
Čerpání lampou je možné díky širokopásmové absorpci čerpadla především v oblasti 800 nm a čtyřúrovňové charakteristice.
Nejběžnější emisní vlnová délka Nd:YAG je 1064 nm.Počínaje touto vlnovou délkou lze zdvojením, ztrojením a zčtyřnásobením frekvence generovat výstupy při 532, 355 a 266 nm.Další emisní čáry jsou při 946, 1123, 1319, 1338, 1415 a 1444 nm.Při použití přechodu 946 nm je Nd:YAG kvazi-tříúrovňové zesilovací médium, které vyžaduje výrazně vyšší intenzity čerpání.Všechny ostatní přechody jsou čtyřúrovňové. některé z nich, jako například přechod při vlnové délce 1123 nm, jsou velmi slabé, takže je obtížné dosáhnout účinného provozu laseru na těchto vlnových délkách:
- I mírný zisk vyžaduje vysokou hustotu excitace, což podporuje škodlivé zhášecí efekty.
- Kromě toho je třeba potlačit lasování na vlnové délce 1064 nm, která má mnohem vyšší zisk, například použitím vhodných dichroických zrcadel pro stavbu laserového rezonátoru.
Při pečlivé optimalizaci lze však i na těchto slabých přechodech získat značné výstupní výkony .
Nd:YAG se obvykle používá v monokrystalické formě, vyrobené Czochralského růstovou metodou, ale k dispozici je také keramický (polykrystalický) Nd:YAG ve vysoké kvalitě a ve velkých velikostech.Jak u monokrystalického, tak u keramického Nd:YAG jsou absorpční a rozptylové ztráty v rámci délky laserového krystalu obvykle zanedbatelné, a to i u relativně dlouhých krystalů.
Typické koncentrace dopování neodymem jsou řádově 1 at. %.Vysoké koncentrace dopování mohou být výhodné, např. proto, že zkracují délku absorpce čerpadla, ale příliš vysoké koncentrace vedou ke zhášení doby života v horním stavu, např. prostřednictvím upkonverzních procesů.Také hustota rozptýleného výkonu může být u výkonných laserů příliš vysoká.Všimněte si, že hustota dopování neodymem nemusí být nutně stejná ve všech částech; existují složené laserové krystaly s dopovanými a nedopovanými částmi nebo s částmi s různou hustotou dopování.
| Vlastnost | Hodnota |
|---|---|
| chemický vzorec | Y3Al5O12 |
| krystalová struktura | krystalická |
| hmotnost | 4.56 g/cm3 |
| Mohova tvrdost | 8-8.5 |
| Youngův modul | 280 GPa |
| pevnost v tahu | 200 MPa |
| teplota tání | 1970 °C |
| tepelná vodivost | 10-14 W/(m K) |
| součinitel tepelné roztažnosti | 7-8 – 10-6/K |
| parametr tepelné odolnosti proti rázům | 790 W/m |
| dvojlom | žádný (pouze tepelně indukovaný) |
| index lomu při 1064 nm | 1.82 |
| teplotní závislost indexu lomu | 7-10 – 10-6/K |
Tabulka 1: Některé vlastnosti YAG = yttrium-hlinitý granát, které jsou podobné pro Nd- nebo Yb-dopovaný YAG.
| Vlastnost | Hustota |
|---|---|
| Nd pro 1 at. % dopování | 1,38 – 1020 cm-3 |
| doba života fluorescence | 230 μs |
| absorpční průřez při 808 nm | 7.7 – 10-20 cm2 |
| emisní průřez při 946 nm | 5 – 10-20 cm2 |
| emisní průřez při 1064 nm | 28 – 10-20 cm2 |
| emisní průřez při 1319 nm | 9.5 – 10-20 cm2 |
| emisní průřez při 1338 nm | 10 – 10-20 cm2 |
| šířka pásma zisku | 0.6 nm |
Tabulka 2: Některé vlastnosti Nd:YAG = granátu ytria a hliníku dopovaného neodymem.
| Vlastnost | Hodnota |
|---|---|
| Hustota Yb pro 1 at. % dopování | 1,38 – 1020 cm-3 |
| doba života fluorescence | 950 μs |
| absorpční průřez při 940 nm | 0.75 – 10-20 cm2 |
| emisní průřez při 1030 nm | 2,2 – 10-20 cm2 |
| absorpční průřez při 1030 nm | 0.12 – 10-20 cm2 |
| emisní průřez při 1050 nm | 0,3 – 10-20 cm2 |
| absorpční průřez při 1050 nm | 0.01 – 10-20 cm2 |
| šířka pásma zisku | 15 nm |
Tabulka 3: Některé vlastnosti Yb:YAG = ytterbiem dopovaného granátu yttrium-hlinitého
.