什么是Nd:YAG？

什么是Nd:YAG？

Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石）是一种广泛使用的固态激光晶体，因其优良的特性而成为此类应用的首选材料。YAG晶体生长技术的进步对于生产满足高功率固态激光系统需求的高质量、大规模YAG晶体至关重要。YAG晶体中掺杂的某些元素使其适用于测量仪器、光通信等领域。目前，人们正在努力改进晶体生长技术以适应新的应用。

什么是Nd:YAG激光器？

Nd:YAG激光器是一种固态激光器，其工作介质为掺钕的钇铝石榴石（Nd:Y3Al5O12）晶体。这种激光器以其优良的物理和光学性质而广泛应用于工业、医疗、研究等领域。Nd:YAG激光器的工作基于钕离子（Nd3+）在钇铝石榴石晶体中的能级跃迁。当晶体被外部光源（如闪光灯或激光二极管）激发时，钕离子从基态吸收能量跃迁到更高的能级，然后跃回到一个较低的能级，过程中释放出特定波长（1064纳米）的光，即产生激光。相比其他类型的激光器，Nd:YAG激光器具有多种优点，包括其波长在许多材料上的良好吸收性、能够进行非接触式加工、以及在多种环境条件下稳定运行的能力。由于其独特的特性，Nd:YAG激光器在工业加工（如金属切割和焊接）、医疗（如肿瘤治疗、眼科手术）、科研（如光谱学研究）和军事领域有着广泛的应用。

Nd:YAG激光器和二极管泵浦固体激光器

DPSS（二极管泵浦固体激光器）与 Nd:YAG 激光器之间的联系主要在于 DPSS 激光器使用二极管作为泵浦源来激发固体激光介质，Nd:YAG 是一种常用的固体激光介质。

在 DPSS 激光系统中，二极管发出的光用于激发固体激光介质（如 Nd:YAG），然后产生激光。由于掺钕钇钕石榴石（Nd:YAG）晶体具有很高的发光活性，因此被广泛用作 DPSS 激光系统中的固体激光增益介质。

与传统的固体激光系统（如由闪光灯泵浦的）相比，DPSS 激光器具有以下几个优点：

效率更高： 二极管直接泵浦固态激光介质能更有效地将输入电能转化为激光输出，因为二极管发出的光更精确地匹配激光介质的吸收光谱。

寿命更长： 二极管的使用寿命通常比传统闪光灯长，这意味着 DPSS 激光系统的维护成本和间隔时间都可以缩短。

尺寸更紧凑： 与传统泵浦源（如闪光灯）相比，二极管的尺寸更小，因此 DPSS 激光系统通常也更加紧凑。

Nd:YAG作为半导体侧泵增益模块的增益介质的四大优势：

**高光学质量：**Nd:YAG陶瓷具有极高的透明度，这使得它能够高效地进行激光振荡。这些陶瓷即使在高浓度掺杂后，其透明度也几乎不受影响，这意味着它们能够实现大量的泵浦吸收。这一特点对于实现激光操作的高功率和高效率至关重要，尤其是在使用Nd:YAG陶瓷增益介质的激光器中，这类激光器能够提供比低掺杂单晶增益介质的激光器更高的输出功率。

**高效的能量存储与转移：**Nd:YAG能够高效地存储和转移能量，这一点对于连续波和脉冲激光应用都非常重要。其良好的光谱特性，如宽吸收带和长荧光寿命，使其适用于各种激光操作需求，包括Q开关激光器，在这类激光器中需要快速释放存储的能量。

**有效的热管理：**在激光运行期间，Nd:YAG能够有效管理热量，这对于维持光束质量和稳定性非常关键。它相比于其他增益介质展现出更低的热负荷，从而最小化了热透镜效应和激光性能退化的风险。

**多功能性和耐用性：**Nd:YAG的坚韧性和多功能性使其能够应用于广泛的波长和激光类型。它可以被制成各种形式，包括晶体和陶瓷，以适应不同的激光配置和应用，使其既适用于工业也适用于医疗领域。

DPSS Nd:YAG激光器的一些应用

开发二极管泵浦固态（DPSS）激光涉及复杂的技术和原理，侧重于精密工程、热管理和光学质量。DPSS激光技术利用二极管激光泵浦固态增益介质，通常是像Nd:YAG（掺镱的钇铝石榴石）这样的晶体，通过包括微钻、微切割和材料表面图案化等多种过程，实现高质量激光输出。DPSS激光开发的关键方面包括：

精密工程：

DPSS激光用于材料的高精度微加工，包括利用三次谐波产生实现微钻、微切割和通过直接光束扫描进行表面图案化的聚合物。这个过程要求对激光参数进行精确控制，以确保质量和效率。

宽温度范围操作：

为DPSS激光设计在宽温度范围内操作的原理对于增强其在各种环境中的适用性至关重要。确保在显著温度变化下稳定激光输出是一个挑战，需要创新的设计解决方案。

3D微加工及应用：

通过开发3D微加工技术，DPSS激光的多功能性得到了扩展，利用UV激光源的能力用于半导体行业、MEMs和生物医学设备的应用。这涉及到集成先进的激光源和定位系统，以实现精确的材料处理。

热效应和冷却：

理解和优化DPSS激光内部的热效应，包括热透镜效应和热管理，对于开发高效和可靠的激光系统至关重要。实现激光介质内热膨胀的实时监控和控制技术对于达到高性能至关重要。

替代激光源和光纤激光：

探索传统DPSS激光器的替代品，如用于特定应用（如流式细胞仪）的绿色光纤激光器，表明了朝着开发更多功能性和针对特定应用的激光源的趋势。这些替代品在发射波长灵活性和减少横向光束补偿需求方面提供了优势。

频率倍增至绿色激光：

DPSS激光的一个关键特性是它们能够将输出从1064nm倍增至532nm，产生绿色激光。这一过程，利用非线性晶体，使得如激光切割钻石等应用成为可能，其中绿色激光的精度和能量至关重要。532nm波长还被用于光刻、医疗手术和扫描，凸显了DPSS激光在各个领域的适应性和广泛应用性。

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