激光配件篇——激光棒(YAG棒)综合介绍

  激光棒 是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体 激光器 。钇铝石榴石的化学式是Y3 Al5 O15 ,简称为YAG。在YAG基质中掺入xx离子Nd3+ (约1%)就成为Nd:YAG。实际制备时是将一定比例的Al2 O3 、Y2 O3 和NdO3 在单晶炉中熔化结晶而成。Nd:YAG属于立方晶系, 是各向同性晶体。 
 激光棒专业名词YAG晶体。可分为:Nd:YAG晶体、Ce:Nd:YAG晶体、Yb:YAG晶体 在激光打标机及其他工业激光设备上用的激光棒一般都是ND:YAG晶体。
  由于Nd:YAG属四能级系统, 量子效率高, 受激辐射面积大, 所以它的阈值比红宝石和钕玻璃低得多。又由于Nd:YAG晶体具有优良的热学性能, 因此非常适合制成连续和重频器件。它是目前在室温下能够连续工作的{wy}固体工作物质,在中小功率脉冲器件中, 目前应用Nd:YAG的量远远超过其他工作物质。
  和其他固体激光器 一样, 激光棒基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。不过由于晶体中所掺杂的xx离子种类不同, 泵浦源及泵浦方式不同, 所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种, 例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲 激光器 等; 按工作波长分为1.06μmYAG 激光器 、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG 激光器 (λ=1.54μm)和可调谐YAG 激光器 (如色心激光器)等; 按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器; 以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG 激光器 ;根据输出功率(能量)不同, 可分为高功率和中小功率YAG激光器等。形形色色的YAG 激光器 , 成为固体激光器中最重要的一个分支。
  激光棒分类
Nd:YAG晶体:
  Nd:YAG晶体是目前综合性能最为优异的激光晶体。激光波长1064nm,广泛用于军事、工业和医疗等行业。能提供F1-20(D) ´ 10-140(L)mm的激光棒和各种板条元件,Nd浓度为0.6~1.1at.%。
  2、Ce:Nd:YAG晶体
  对于闪光灯泵浦的激光器而言,泵浦灯的发射光谱实际是一个宽带连续浦,只有少数的光谱峰和Nd离子吸收峰相匹配,所以一般的灯泵浦只利用了很少部分的光谱能量,效率较低。在Nd:YAG晶体的基础上添加Ce离子形成Ce:Nd:YAG是利用Ce离子能对紫外光谱区光子能量产生很好的吸收,并且将能量以无辐射跃迁的方式传递给Nd离子,从而增加了光谱的利用率,因此激光棒效率高、阈值低、重复频率特性好。另外,它将对Nd:YAG而言有害的紫外辐射(长时间的紫外辐射,会在Nd:YAG晶体内形成色心,从而降低晶体的激光性能)进行了有效的利用,因此抗紫外辐射、甚至可不用特殊的滤紫外石英套管。Ce:Nd:YAG因掺Ce以后晶体呈黄色,所以又叫黄棒。能提供F1-20(D) ´ 10-140(L)mm的激光棒和各种板条元件,Nd浓度为0.6~1.1at.%,Ce浓度为0.03~0.4at.%。
  3、Yb:YAG晶体
  Yb:YAG是三价镱离子(Yb3+)掺入钇铝石榴石(YAG)基质中形成的一种产生1.03um近红外激光的激光晶体,其与Nd:YAG属于同一种基质,但由于掺杂不同而导致生长工艺有所不同。掺镱YAG由于量子效率高(91%),晶体光谱简单,无激发态吸收和上转换,且无荧光浓度猝灭,掺杂浓度高(可达30at.%以上),有较长的荧光寿命(0.91ms),吸收带带宽(18nm)比Nd:YAG的(<4nm)宽得多,能与二极管的泵浦波长有效耦合。在相同的输入功率下,Yb:YAG泵浦生热仅为Nd:YAG的1/4。而且YAG基质的物化特性综合性能最为优良,所以Yb:YAG已成为最引人注目的固体激光介质之一,LD泵浦的高功率Yb:YAG固体激光器成为新的研究热点,并将其视为发展高效、高功率固体激光器的一个主要方向。
  激光棒在所有激光设备中充当着一个非常重要的角色。无论是在工业激光设备还是医疗激光设备或者是军事激光设备。都起着非常重要的作用。
目前常用的激光棒尺寸其直径从1.5mm-14.0mm以0.5mm往上梯增。长度尺寸从15mm,20mm,25mm,30mm,35mm,40mm,45mm,50mm,55mm,60mm,70mm至200mm.均可完成组合尺寸。
  我们日常激光打标机、激光雕刻机、激光焊接机等工业激光设备上用的激光棒一般是Nd:YAG晶体。随着技术的不断创新以及市场的不断变化YAG激光器经常不能满足市场,随之出现半导体激光电源、光纤激光器。

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