固体激光器的工作物质_固体激光器的特点

固体激光器的工作物质

固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。

玻璃激光工作物质容易制成均匀的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。但其荧光谱线较宽，热性能较差，不适于高平均功率下工作。常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。80年代初期，研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃，可用于高重复频率的中、小能量激光器。

晶体激光工作物质一般具有良好的热性能和机械性能，窄的荧光谱线，但获得优质大尺寸材料的晶体生长技术复杂。60年代以来已有 300种以上掺入各种稀土金属或过渡金属离子氧化物和氟化物晶体实现了激光振荡。常用的激光晶体有红宝石（Cr:Al2O3，波长6943埃）、掺钕钇铝石榴石（Nd:Y3Al5O12，简称Nd:YAG，波长1.064微米）、氟化钇锂（LiYF4，简称YLF;Nd:YLF，波长1.047或1.053微米;Ho:Er:Tm:YLF，波长2.06微米）等。

1973年以来又有一类自激活激光晶体。它的激活离子是晶体的一个化学组分，因而激活离子浓度高，不致产生荧光猝灭。这种晶体的激光增益高，抽远阈值低。主要品种有五磷酸钕（NdP5O14）、四磷酸锂钕（NdLiP4O12）和硼酸铝钕【NdAl3（BO4）3】等。它们多用熔盐法生长，晶体尺寸小，可用于小型固体激光器。

已研制成的还有多种具有宽带荧光特性的可调谐激光晶体，如终端声子跃迁的金绿宝石（Cr:BeAl2O4，波长0.701～0.815微米，室温工作）、掺镍氟化镁（Ni:MgF2，波长1.6～1.8微米，低温工作）、5d→4f跃迁的掺铈氟化钇锂（Ce:YLF，波长0.306～0.315微米，用准分子激光器激励，室温工作）和碱卤化物的色心激光晶体（不掺杂或掺杂的氯化钾、氟化锂等，波长0.8～3.9微米，大多在低温下工作）。

固体激光器的特性

固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲激光器的输出能量可达千焦耳级。经调Q和多级放大的钕玻璃激光系统的最高脉冲功率达10瓦。钇铝石榴石连续激光器的输出功率达百瓦级，多级串接可达千瓦。

固体激光器运用Q开关技术（电光调制），可以得到纳秒至百纳秒级的短脉冲，采用锁模技术可得到皮秒至百皮秒量级的超短脉冲。

由于工作物质的光学不均匀性等原因，一般固体激光器的输出为多模。若选用光学均匀性好的工作物质和采取精心设计谐振腔等技术措施，可得到光束发散角接近衍射极限的基横模（TEM00）激光，还可获得单纵模激光。