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YAG固體激光器的工作原理

YAG固體激光器顧名思義，是一種固體激光器，那么YAG固體激光器是怎么工作的呢？

YAG（釔鋁石榴石，化學式為 Y3Al5O12）固體激光器是一種常見的固體激光器類型，其中最常用的激活離子是釹（Nd），因此這種激光器也被稱為Nd:YAG激光器。

下面是Nd:YAG激光器的工作原理：

泵浦過程：Nd:YAG激光器通常使用氙燈或氪燈作為泵浦源，或者是更高效的半導體激光二極管。泵浦光被引入到含有釹離子的YAG晶體中。這些泵浦光的能量被釹離子吸收，使它們從基態躍遷到一個較高的激發態。

粒子數反轉：當足夠多的釹離子被激發后，就會在兩個特定能級之間形成粒子數反轉狀態，即高能級上的粒子數目超過低能級上的粒子數目。這兩個能級分別是上能級（通常是4F3/2或4F5/2）和下能級（通常是4I11/2）。

受激輻射與放大：一旦有少量的自發發射光子產生，并且其頻率與上述兩能級間的能量差相匹配，那么這些光子會觸發更多的處于高能級的釹離子進行受激輻射。這個過程中，每個受激輻射都會產生一個新的光子，其方向、頻率和相位都與初始光子相同。這樣就形成了光的放大效應。

光學諧振腔：為了維持并增強這一放大過程，Nd:YAG晶體兩端安裝了反射鏡，形成一個光學諧振腔。其中一個反射鏡是全反射鏡，另一個是部分透射鏡。在這個腔內來回反射的光子不斷激發更多的釹離子進行受激輻射，從而使光強不斷增加。

激光輸出：當腔內的光強度達到一定閾值時，部分光子將通過部分透射鏡逸出，形成連續波或脈沖形式的激光輸出。Nd:YAG激光器可以產生波長為1064納米的近紅外光，通過非線性晶體還可以轉換成其他波長，如532納米（綠色）、355納米（紫外）等。

YAG固體激光器波長是多少？

Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）固體激光器的基本輸出波長是1064納米，這個波長位于近紅外光譜區域。這種激光器由于其高效、穩定以及高功率的特點，在許多應用中都非常受歡迎。

然而，通過非線性光學過程，如二次諧波生成（SHG）、三次諧波生成（THG）等，可以將1064納米的基頻光轉換成其他波長：

通過二次諧波生成，1064納米的光可以被轉換為532納米的綠光。

通過三次諧波生成，1064納米的光可以進一步轉換為355納米的紫外光。

還可以通過四次諧波生成得到266納米的深紫外光。

這些不同波長的激光在不同的應用場景中發揮著作用，比如532納米的綠色激光常用于材料加工和醫療美容領域，而355納米的紫外激光則可能用于精細打標或生物醫學研究等。

YAG固體激光器和光纖激光器的區別

1、工作介質不同

Nd:YAG激光器：使用摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體作為增益介質。這種晶體具有良好的熱導率和機械強度。

光纖激光器：采用摻雜有稀土元素（如鐿Yb, 鉺Er, 或銩Tm）的光纖作為增益介質。光纖可以是單模或多模。

2、泵浦方式不同

Nd:YAG激光器：傳統上使用閃光燈或半導體激光二極管進行光泵浦。閃光燈泵浦效率較低且壽命較短，而二極管泵浦則更加高效且可靠。

光纖激光器：通常采用高功率的半導體激光二極管直接泵浦光纖內的活性離子。這種方式提供更高的電光轉換效率。

3、散熱性能不同

Nd:YAG激光器：由于晶體材料的熱導性限制，熱量管理是一個挑戰，尤其是在高功率運行時。

光纖激光器：光纖的長條形結構提供了較大的表面積與體積比，有利于熱量擴散，因此光纖激光器能更有效地處理高功率操作下的熱問題。

4、光束質量不同

Nd:YAG激光器：輸出的光束質量取決于腔體設計和光學元件的質量，但在某些配置下可能不如光纖激光器那么理想。

光纖激光器：由于其波導結構，能夠產生非常高的光束質量，接近衍射極限，適合需要高質量光束的應用。

5、維護成本與穩定性不同

Nd:YAG激光器：如果使用閃光燈泵浦，則燈泡更換頻率較高，增加了維護成本。此外，機械對準問題也會影響長期穩定性。

光纖激光器：沒有移動部件，通常更加穩定可靠，需要較少的維護，并且擁有較長的工作壽命。

6、靈活性與可擴展性不同

Nd:YAG激光器：相對固定的設計，在調整輸出參數方面不夠靈活。

光纖激光器：可以通過組合多個泵浦源來實現功率放大，同時保持優良的光束質量，易于集成到各種系統中。

7、應用領域不同

Nd:YAG激光器：廣泛應用于工業切割、焊接、打標等工藝，以及醫療和科研領域。

光纖激光器：因其優異的光束質量和較高的效率，在精密加工、通信、傳感等領域表現出色。

總之，YAG固體激光器是固體激光器中應用比較廣泛的一種激光器。

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