掺钕钇铝石榴石激光器的结构和激发机理

　　1．结构。掺钕钇铝石榴石激光器与红宝石激光器有相类似的结构，即也是由工作物质、泵浦光源、聚光腔和光学谐振腔组成。由于选取了不同的工作物质和与工作物质相匹配的光泵，使其能实现连续运转。

　　（1）工作物质。掺钕钇铝石榴石晶体是以钇铝石榴石（简称YAG）单晶为基质材料，掺入适量的三价稀土离子Nd3+所构成。YAG是由Y2O3和Al2O3按摩尔比为3：5化合生成的，当掺入作为激活剂的Nd2O3后，则在原来是Y3+的点阵上部分地被Nd3+代换，而形成了淡紫色的Nd3+：YAG晶体。其掺杂浓度为0.725％（重量），Nd3+密度约为1．38×1020cm-1。Nd3+：YAG晶体具有：①热导率高，有利于连续运转；②熔点较高，为1970℃，能承受较高的辐射功率；③荧光线宽较小，约为6.5cm-1,所以阈值低；④荧光量子效率高，一般大于0．995，交接近1，是目前固体激光器中较理想的工作物质。

　　Nd3+：YAG晶体中Nd3+的吸收带分别在525nm、585nm、750nm、810nm和870nm附近。每个带宽约为30nm，其中750nm和810nm两个吸收带最为重要。

　　（2）光泵。连续Nd3+：YAG激光器多采用连续氪灯或碘钨灯作为泵浦光源。氪灯结构也氙灯相似，但管内充的是2－4个大气压的氪气。一般电流密度为102A/cm2量级，其线状谱在750nm和810nm处有极强的发射谱线，这正好与Nd3+的吸收带相匹配，是目前连续Nd3+：YAG激光器件较理想的匹配光泵。

　　2．掺钕钇铝石榴石激光器的激发机理。掺钕钇铝石榴石激光器属四级系统，其发射荧光，并由此产生激光，产生激光的Nd3+。

　　原来处于基态E1(4I9/2)的粒子，在光泵照射下，被激发到高能级E4(4I3/2以上的能级)上。通过无辐射跃迁到E3(4F3/2)上，处于4F3/2能态的Nd3+寿命较长（约240us），而称为亚稳态能级。该能级将积累大量粒子（称激光上能级），E3与下能级（4I11/2、4I13/2、4I9/2）间将形成粒子数反转分布。在实现4F3/2－4I11/2、4F3/2－4I13/2、4F3/2－4I9/2能级间跃迁时，产生中心波长0.914um、1.06um和1.35um三条主要荧光谱线，其中以1.06um谱线为最强。所以1.06um首先达到阈值形成激光振荡。因此，通常Nd+：YAG激光器输出波长为1.06um。