半导体激光与激光晶体

激光或英文称为LASER (雷射）其全名为LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation。

Nd.YAG为其英文简化名称，来自(Neodymium-dopedYttriumAluminiumGarnet; Nd：Y3Al5O12)或中文称之为钇铝石榴石晶体，钇铝石榴石晶体为其物质，激光晶体材料，体晶体内之Nd原子含量为0.6～1.1%，什么是激光晶体，属固体激光，半导体激光与激光晶体，可激发脉冲激光或连续式激光，发射之激光为红外线波长 1.064μm。

Nd.YAG物质晶体使用之泵浦灯管主要为[kè]气(krypton)或氙气(Xenon)灯管，泵浦灯的发射光谱是一个宽带连续谱，但仅少数固定的光谱峰被Nd离子吸收，所以泵浦灯仅利用了很少部份的光谱能量，大部份没被吸收的光谱能量转换成热能，所以能量的使用率偏低。

Nd:YAG吸收的光谱区域由0.730μm ~ 0.760μm与0.790μm ~ 0.820μm，光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱，但所释放的光谱并无固定方向与相位，所以尚无法形成激光。

可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料。是晶体激光器的工作物质。激光晶体由发光中心和基质晶体两部分组成。大部分激光晶体的发光中心由离子构成，离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体。离子成为基质晶体组分的一部分时，则构成自激光晶体。

激光晶体所用的离子主要为过渡族金属离子和三价稀土离子。过渡族金属离子的光学电子是处于外层的3d电子，在晶体中这种光学电子易受到周围晶场的直接作用，所以在不同结构类型的晶体中，激光晶体，其光谱特性有很大差异。三价稀土离子的4f电子受到5s和5p外层电子的屏蔽作用，使晶场对其作用减弱，但晶场的微扰作用使本来禁戒的4f电子跃迁成为可能，产生窄带的吸收和荧光谱线。所以三价稀土离子在不同晶体中的光谱不像过渡族金属离子变化那么大。

激光晶体的应用现状

激光晶体的发展十分迅速。到目前为止，实用化的激光晶体已从最初的几种基质材料发展到数十种，并在各个方面获得了实际应用。以下详细从四个方面介绍激光晶体的应用现状。

高平均功率密度激光晶体：工业加工用的激光器主要是CO2激光器和Nd：YAG激光器，但是由于采用了高功率的激光器作为泵浦源，多棒串接组合系统，以及发展了板条激光器和筒形激光器等新结构系统，使得Nd：YAG激光器输出达到千瓦级高平均功率密度。2003年日本Toshiba公司研制的Nd：YAG激光器采用六个串联的LD抽运模块，实现了12kW的激光输出，电光效率为23％，并把激光头的体积缩小到不足0.05m3。

Yb：YAG晶体与Nd：YAG晶体相比吸收带更宽、透镜效应更小、上能级荧光寿命更长。因此LD抽运的高功率Yb：YAG固体激光器成为新的研究热点。

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