被动调Q激光器常用的五种被动调Q晶体

介绍

被动调Q激光器在许多应用中起着重要作用，涵盖从医疗程序到材料加工、科学研究和国防技术等各个领域。在这些激光器的核心是被动调Q晶体。本文将全面介绍五种常用类型：Co:MgAl₂O₄、V:YAG、Cr:YAG、Cr:YSO和Cr:GSGG，并将详细探讨每种晶体的优势、劣势和适用的激光器应用。

Co:MgAl₂O₄（钴掺杂尖晶石）

Co:MgAl₂O₄因其宽广的吸收带和能够在广泛温度范围内工作的特性而成为被动调Q的热门选择。这些特点使它在多种条件和应用下都非常理想，从军事国防到科研和工业应用。然而，需要注意的是，与其他一些晶体相比，它的损伤阈值较低，可能限制其在高功率激光系统中的实用性。

V:YAG（钒掺杂钇铝石榴石）

图1. V:YAG晶体

V:YAG因其显著的化学稳定性和高损伤阈值而脱颖而出。这种高损伤阈值使其能够处理高能量密度，非常适合用于高功率激光系统。此外，它的化学稳定性增加了额外的耐用性，使其非常适合在国防和工业应用中使用的严酷环境条件下工作。然而，它的一个限制是相对较窄的吸收带，可能会限制其在需要广泛工作波长的系统中的多功能性。

Cr:YAG（铬掺杂钇铝石榴石）

图2. Cr:YAG晶体

Cr:YAG以其能够耐高温而闻名，使其成为不同激光系统的多用途选择。它在各个领域都有应用，从科学研究到医疗治疗。此外，它具有较大的吸收截面，可以实现高效能量转移。然而，它的吸收峰值较低于其他一些晶体，可能会限制其在特定系统中的效率。

Cr:YSO（铬掺杂钇正硅酸盐）

图3. Cr:YSO晶体

Cr:YSO具有宽广的吸收带和高损伤阈值，特别适用于二极管泵浦或灯泵浦的Nd:YAG激光器。这使其在许多医疗和制造应用中很常见。该晶体还具有良好的热性能和低激光阈值，增加了其受欢迎程度。然而，其相对较高的成本和在完善合成过程中遇到的挑战可能会限制其广泛使用。

Cr:GSGG（铬掺杂钆钪镓石榴石）

图4. Cr:GSGG晶体

Cr:GSGG具有宽广的吸收谱和高效率，使其成为高功率激光的优秀选择。其热性能和高光学质量确保在长时间内稳定运行，使其在研究机构中广受欢迎。尽管有这些优势，该晶体的成本和对热冲击的敏感性可能会限制其在需要长时间高热负荷下的应用中的使用。

比较与应用

选择被动调Q晶体在很大程度上影响激光系统的性能，因为每种晶体都具有独特的特性，影响其与光的相互作用和整体效果。

Co:MgAl₂O₄（钴掺杂尖晶石）

钴掺杂尖晶石，也被称为Co:MgAl₂O₄，因其600到900纳米的宽广吸收带而备受赞誉。这种广泛的吸收波段使其适用于在多个波长上运行的激光器。其宽广的操作温度范围（-180°C至250°C）增加了适应性，使其适合在太空或恶劣的工业环境等极端条件下使用。然而，其主要局限在于较低的损伤阈值，这限制了其在高功率激光系统中的适用性。

图5.Co:MgAl₂O₄

V:YAG（钒掺杂钇铝石榴石）

V:YAG以其化学稳定性和高损伤阈值而著称。它的吸收带范围从1060到1440纳米，使其能够吸收并储存更多能量，然后激光。这使其成为高功率激光系统的理想选择。其强韧性使其能够在恶劣条件下工作，因此成为国防和工业应用的首选。然而，其较窄的吸收带可能限制其在需要广泛工作波长的系统中的使用。

Cr:YAG（铬掺杂钇铝石榴石）

Cr:YAG以其耐高温的特性而脱颖而出。其吸收带范围从900到1200纳米。这个宽广的带宽和高温抗性使其适用于各种场合，包括科学研究和医疗治疗。然而，与其他一些晶体相比，它的吸收峰较低，使其在需要高能量传输的系统中效率较低。

Cr:YSO（铬掺杂钇正硅酸盐）

Cr:YSO具有从900到1100纳米的宽广吸收带，并具有较高的损伤阈值。其热性能使其适用于高功率和高重复频率激光器。这个优势导致它在制造业和医疗应用等各个行业得到应用。尽管如此，其合成过程复杂且具有挑战性，导致相对较高的成本与其他晶体相比。

Cr:GSGG（铬掺杂钆镓石榴石）

Cr:GSGG具有从950到1080纳米的宽广吸收光谱和高效率，使其成为高功率激光器的理想选择。其优秀的热性能和高光学质量保证了长时间的稳定运行，因此在前沿研究设施中广受欢迎。然而，它对热冲击较为敏感，且制造成本较高，这可能限制其在需要长时间承受高热负荷的应用中的使用。

虽然每种晶体都有其优势和局限性，但重要的是要理解最合适的晶体取决于激光系统的具体要求。这些要求可能涉及功率输出、工作波长范围、耐用性、温度抗性、效率或成本等考虑因素。选择最佳晶体需要在这些因素之间取得平衡。因此，了解这些晶体的特性和能力对于发挥被动调Q激光器的全部潜力至关重要。