[科普中国]-高平均功率激光晶体

高平均功率激光晶体是指能满足连续或平均激光输出功率在几百瓦到几千瓦的激光器需求的晶体工作物质。为了获得较高的输出功率，激光晶体不仅需要有较大的跃迁截面和较长的荧光寿命，而且工作物质应有足够大的尺寸和足够好的均匀性。

简介高平均功率激光晶体是指能满足连续或平均激光输出功率在几百瓦到几千瓦的激光器需求的晶体工作物质1。

构成元素为了获得较高的输出功率，激光晶体不仅需要有较大的跃迁截面和较长的荧光寿命，而且工作物质应有足够大的尺寸和足够好的均匀性。适用于作高功率激光器的工作物质有Nd:YAG、Nd:GGG和Nd:GSGG等晶体。其中后者掺入Cr³⁺后，能获得较高的效率，但是，其热效应比Nd: YAG严重得多。激光二极管取得飞跃的发展，用激光二极管作光泵的高功率固体激光器，由于其高效、体积小、寿命长，不久将成为发展高功率固体激光器的主流。已获得了千瓦输出功率的激光二极管泵浦的Nd : YAG激光器。

应用主要用于激光加工、激光医学和科研。

激光晶体激光晶体（laser crystal），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。

激光晶体所用的激活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，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。激光晶体所用的基质晶体主要有氧化物和氟化物。作为基质晶体除要求其物理化学性能稳定，易生长出光学均匀性好的大尺寸晶体，且价格便宜，但要考虑它与激活离子间的适应性，如基质阳离子与激活离子的半径、电负性和价态应尽可能接近。此外，还要考虑基质晶场对激活离子光谱的影响。对于某些具有特殊功能的基质晶体，掺入激活离子后能直接产生具有某种特性的激光，如在某些非线性晶体中，激活离子产生激光后通过基质晶体能直接转换成谐波输出。使用较多的是：Nd:YAG，Nd:YVO42。

Nd:YAG的特性1、高增益；

2、低阈值；

3、高效率；

4、低损耗；

5、热导率高；

6、抗热冲击性好。

Er:YAGEr:YAG是一种优良的2.94μm激光晶体，广泛应用于激光医疗系统及其它领域。Er:YAG晶体是3mm激光的最重要工作物质，并且具有斜率效率高、可在室温下激光工作、激光波长处在人眼安全波段范围内等特点。2.94mm Er:YAG激光已经大量用于医学领域中外科手术、皮肤科美容、牙科等治疗。

Yb:YAGYb:YAG是一种很有前途的激光材料，它比传统的掺Nd激光材料更适合二极管泵浦。与常用的Nd：YAG晶体相比，Yb:YAG的二极管泵浦吸收带带宽，能有效降低激光二极管热管理要求。它具有较长的高激光能级寿命，每单位泵浦功率的热负荷低3－4倍。掺镱YAG晶体被期望替代掺钕YAG晶体用于高功率的二极管激光器，以及其它相关的应用中3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学