【摘 要】本文主要介紹Nd:YVO4這種激光晶體材料的物理和光學(xué)特性、吸收光譜和發(fā)射光譜特性等參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】Nd:YVO4;晶體光吸收;發(fā)散性
0.引言
Nd:YVO4(摻釹釩酸釔)晶體是一種性能優(yōu)良的激光基質(zhì)晶體,適于制作激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器。該晶體具有以下特點,具有低激光閾值,高斜率效率,大的受激發(fā)射截面,在很寬的波長范圍對泵浦光有很大的吸收,而調(diào)單模,有高抗光傷能力。最新進(jìn)展表明 Nd:YVO4晶體和KTP晶體的組合可以用以制作高功率穩(wěn)定的紅外、綠光或紅光激光器。
1.晶體的物理和光學(xué)特性
Nd:YVO4晶體屬于四方晶系,正單軸晶體。Nd:YVO4晶體自1966年問世以來就作為一種非常重要的激光材料得到廣泛認(rèn)可。然而,研究人員發(fā)現(xiàn),這種晶體中存在散射中心、吸收色心等缺陷,因此它不可能生長出適合閃光燈泵浦所需尺寸的高質(zhì)量晶體。值得慶幸的是,它對二極管輻射波長存在很大的吸收和增益,并且發(fā)射截面大,輸出激光具有很好的偏振特性,這些足以掩蓋其生長尺寸小的缺點。Nd:YVO4晶體是非常適合于激光二極管泵浦的性能優(yōu)良的激光晶體材料,下面給出了他的幾個特性參數(shù):
吸收波長(nm): 808.5;吸收系數(shù)(cm-1):31.4 (π偏振,808nm);
發(fā)射波長(nm):1064.3;發(fā)射截面(cm2):25×10-19(1064nm);
熒光壽命(μs):94(1.22at.%);折射率(@1064nm):no=1.957,ne=2.165;
熱光系數(shù)(/K, @300K):dno/dT=8.5×10-6,dne/dT=3.0×10-6
2.晶體的吸收和發(fā)散特性
由于這種晶體屬于自然雙折射晶體,因此它對泵浦光的吸收與偏振有關(guān)。若泵浦光偏振方向與激光輻射方向是一致的,則其對泵浦光的吸收是最強(qiáng)的。圖1(a)是Nd:YVO4晶體的吸收光譜??梢钥闯鼍w在800~900nm之間都存在
圖1 Nd:YVO4的吸收和發(fā)射光譜
(a) Nd:YVO4的吸收譜; (b)發(fā)射譜
Fig.1 Absorption and emission spectrum of Nd:YVO4 crystals
(a)Absorption spectrum of Nd:YVO4; (b)emission spectrum
兩個吸收峰:分別是808.5nm和879.8nm。另一方面,晶體是對π偏振泵浦光的吸收系數(shù)大于對σ偏振泵浦光的吸收系數(shù),其中在π方向上Nd:YVO4的吸收系數(shù)大約是Nd:YAG的4倍。因此,為了充分利用泵浦光能量,通常采用π偏振方式泵浦。
Nd:YVO4晶體不僅具有很強(qiáng)的偏振吸收的特性,還具有很強(qiáng)的偏振輻射特性。激光輸出沿著π或σ方向呈線偏振特性,如此以來,晶體內(nèi)多余的熱致雙折射就得以避免,這也是它們區(qū)別與Nd:YAG晶體的最大特點。圖4-1b給出的是晶體的發(fā)射譜線圖??梢姡卅蟹较虻钠癜l(fā)射較強(qiáng),而且Nd:YVO4的發(fā)射截面要大,這在實際應(yīng)用中導(dǎo)致的結(jié)果是: Nd:YVO4所獲得的平均輸出功率較大,光-光轉(zhuǎn)換效率較高。
總之,Nd:YVO4與傳統(tǒng)的Nd:YAG晶體相比具有較大的吸收系數(shù)、較高的發(fā)射截面、偏振吸收和發(fā)射特性以及較大的吸收帶寬,對二極管的溫度變化不敏感等優(yōu)點。因此,被廣泛應(yīng)用于LD泵浦全固態(tài)激光器中。但是,正是由于它具有較大的發(fā)射截面,加之較短的上能級壽命,Nd:YVO4的儲能能力遠(yuǎn)不如Nd:YAG,不利于高能量、高峰值功率的調(diào)Q脈沖輸出,它們的優(yōu)點只是局限于高平均功率、高轉(zhuǎn)換效率的連續(xù)波輸出方面。另外,Nd:YVO4的熱導(dǎo)率非常小,只有Nd:YAG的一半,因此它不利于實現(xiàn)高功率的連續(xù)波輸出。 [科]
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