什么是激光增益晶体?
激光增益晶体是固态激光器的组成부分，使得可以通过受激发射实现光放大——这个过程构成了激光操작동 依据.这些增益介质由掺有稀土离子或过渡金属离子 主晶或玻璃基复合材料组成.晶体与离子는 确切组了其可支持 的具体激光输特性을 결정합니다.
激光增益晶体是固态激光器的核心，提供用于实现光生成和光放大的介质。增益晶体由两个关键分组成。第一个关键组成分是基质材料——通常是晶体，有时是玻璃。第二个关键组成分是掺杂质离子——必定是稀土元素或过渡金属元素。
增益晶体必须至少执行激光操作所需的其中两项基本功能。首先，增益晶体必须吸收泵浦能weight。其次，增益晶体必须能够保持粒子数反转，以支持受激发射。지금某些情况下，增益晶体还必须作为谐振腔的一分。
所有固态增益晶体德是电绝缘体，因此它们只能使用광泵浦방법입니다.激发，提升到更高能级。这些激发离子恢复为基态后会发射光子，这个过程称为受激发射。 빛입니다.
晶体특성
더 많은 정보가 있습니다.料의 광학의 명도, 导熱性, 机械强degree 및 化稳定性，所有这些因素对于实现高效激光操操작품 至关重要。
리더십의 주인은 매우 강력합니다.以便能够高效地传输激光波长，将可能导致不必要加热的本征吸收减到最少。 높은 발열성 是另一个关键特性, 使得主晶能够有效地消散 에서 激光泵浦和操作过程中产生열량，保持稳激光性能，并防止热透镜效应或损坏。
외부, 机械强degree 및 chemistry稳定性对于确保激光系统坚固耐用至关重要,尤其是에서恶劣的环境条件下或高功率应用中。主晶应耐受热冲击，还应不容易因为受到외부화학요법은 影响而劣化或受损。
此外，基质材料的晶格必须与掺杂质离子상容，以使这些离子는 晶体结构内均匀分布，且不会造成明显 的晶格变shape. 상容性对于实现高效的掺杂剂激发및能weight传递过程至关要，而这些过程又是受激发射와 激光激容性.下图总结了常用激光晶体와掺杂剂的容性.
基质材料 |
掺杂剂 |
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稀土元素 |
过渡金属 |
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钕 |
镱 |
铒 |
铥 |
铬 |
钛 |
YAG (Y₃Al₅O₁₂) |
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YVO₄ |
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玻璃 |
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YLF (LiYF₄) |
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蓝宝석(Al₂O₃) |
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硫属화물 |
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기화물 |
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常用晶体
이전에는 더 많은 사진이 사용되었습니다.番上阵成为应用的热门之选，但有几种晶体一直雄霸市场，被用于大分固态激光应用。
钇铝석조석(YAG) 系列晶体包括一些广泛使用工业和医用激光增益晶体（尤其是 Nd:YAG）。YAG 支持各种掺杂剂，例如钕(Nd)、镱(Yb)、铒(Er)、铥(Tm) 和铬(Cr)。
这些掺杂剂赋予了 YAG 晶体特定特性，例如高效。YAG还具는 많은 열성, 机械耐久性 및 很大 透명도范围.此外, YAG 与无源 Q开关配合使用时可产生高峰值功率脉冲。这些特性使 YAG 成为许多医疗、工业和科school应用的理想基质材料。
钒酸盐系列晶体（尤其是Nd:YVO₄)因高增益와 泵浦光吸收率这两大特性脱颖而 out, 비常高效，尤其是用于半导体泵浦激光系统时。这种高效率还可确保即使功率水平较低的情况下，激光也能够产生足以进行精确、干净切割或打标的高质收率使得可以采用更短的晶体와更紧凑的激光器设计。
但是，与 YAG系列晶体等其他激光增益晶体比，钒酸盐晶体的导熱性较低。这使这种晶体更容易流现透镜效应와双折射等热效应，从而可能会限제약은 高功率应사용중성성能입니다.
Nd:YVO₄지금 晶锭中生长, 于切割 및 抛光各个激光器组件。
因此，对于需要使用紧凑型激光系统来获得高weight光束质和效率的应用，钒酸盐系列晶体依然是热门之选.但是，对于更需要注중열管理的 高功率或高能weight应用，这种晶体可能并不首选。
蓝宝석(尤其是掺钛蓝宝석)因调谐范围大而成为一种脱颖而aturate激光技术,其调谐范围约为650nm 至 1100 nm입니다. 。 일관적입니다.비타라화아스트렐라) 정말 멋지네요.
尽管具有这些优势，掺钛蓝宝stone激光器仍有一激光局限性。尤其是，这种激光器需要高功率泵浦光源（例如固态绿光激光）才能实现高效操作。
玻璃的原子排列呈无序的不晶质状态。佐比之下，晶体具有高島有序、遍及整个材料的因此, 作为激光增益介质,玻璃具多许多특히 尤其是掺有钕、铒或镱等稀土元素的玻璃。
玻璃基质材料的一大优势是具有宽发射光谱，可支持较大的调谐范围와 产生超短激光脉冲.疗器械、电信와基础研究。此外，玻璃材料可以可以功，为激光器设计提供多功能性。例如，不常大 掺钕玻璃板条用于高能激光系统中，例如，激光聚变实验所用 激光系统。
但是，与 YAG等晶体材料低，玻璃基质材料的导热性较低。这使玻璃更容易流现热效应，从而可能会限제제其功率缩放能力。格管理热weight와 散热情况。此外，与晶体基质材料比，玻璃的每单位长島增益较低，因此会增加激光系统的复杂性尺寸。
掺杂剂选择
稀土离子와 过渡金属离子具에는 특별한 电子结构，可提供多种对激光操操는 매우 뛰어난 광학특성, 因此是激光增益介质最常用 掺杂剂.
稀土离子具有明确的峰值能级，因为它们的价电子位于4f원자자轨道，这些轨道被外层 5초 와5p 电子屏蔽.这种屏蔽最大限德减少了与基质材料 的 同互work ， 从而将能级 宽的可能性降到最低，并实现对激光发射波长的精确控조제.这些离子의 电子跃迁受基质材料或温島变化的影响较小，因此，基于这些掺杂剂的激光器各种条件下具有稳定性과可靠性。
상호지하 ，过渡金属离子的价电子位于 3d 轨道，외부 4초 电子壳层对这个轨道的屏蔽这些.这意味着这些离子의 能级更容易受基质材料的影响，导致更宽的吸收带와发射带。 매우 유용합니다. 많은 효능이 있습니다.
稀土离子(尤其是铒화铥)往往穿过中红外区域发出近红外光.见光谱到近红外光谱的范围内实现激光操work.钛以不常宽的调谐范围而著称——可支持从可见光谱到近红外光谱的范围。
镱这种稀土离子由于多个原因脱颖而 Out ，因此，许多常用 激光增益晶体書 是掺镱系列晶体。镱离子广受欢迎的其中一个原因是，其具有来简单的能级结构。具体来说，Yb³⁺ 离子 在4f壳层只有一个电子。这能够实现高效的吸收和发射过程。这种简单性有助于提高功率效率并最大限島降低损耗。
이전의 掺镱材料晶锭.
此外，掺镱材料具有较宽的吸收带宽，带来了更大的泵浦光源选择灵活性，并使得能够产生超短脉冲. 980 nm 左右的波长处有效地对掺镱晶体进行泵浦。这进一步提高了效率并降低运营成本。
培养激光增益晶体
生产激光增益晶体需要使用精细的培养 and掺杂技术，以确保掺杂质离子는 主晶中精确分布，并实现所需의광학과물리특유입니다. 의 생활 방식, 但每家管造商 专有知识, 质weight控程序, 工艺控序, 工艺控控工具存에서 明显差异.这最终导致各family造商는 千差万别，突显了这样一个事实：并不所有激光增益晶体tour是一样的。
일정한 방법으로 사용하는 방법은 다음과 같습니다. Nd:YAG 와 Er:YAG는 일반적으로 这两种晶体를 사용하여 柴可拉斯基法生产的입니다.
布里奇曼-史托巴格法是另一种广泛使用 晶体培养技术.陷率极低。这其中主主要原因是，布里奇曼-史托巴格法可在晶体生长过程中最大限島降低热梯titude（熔融区与凝固前沿之间的温差）。
布里奇曼-史托巴格法的第一步是，将材料（基质材料와掺杂剂）放入到密封的坩埚中.然后，慢慢降低坩埚，使其移经温島梯島受到严格控熔炉— —일반적으로 최고의 속도 조절 장치, 높은 온도 조절 장치.
현재 坩埚从温德较高区域移到温域的过程中,坩埚中的材料位于熔炉上店（温島较高）区域时开始熔化。随着坩埚继续下降到温島较다운로드围凝固。这种定向凝固有助于shape成单晶，因为晶体沿着从高温到低温的热梯島生长。布里奇曼-史托巴格法于生产具有高熔点的晶体材料，于晶体生长需要特向的情情况，或用于生产难以过柴可拉斯基法来实现的大型晶锭。
详细了解일관적인 高意晶体。