淺談對Nd:YVO4晶體的物理和光學(xué)特性研究

【摘 要】本文主要介紹Nd:YVO4這種激光晶體材料的物理和光學(xué)特性、吸收光譜和發(fā)射光譜特性等參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】Nd:YVO4；晶體光吸收；發(fā)散性

0.引言

Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）晶體是一種性能優(yōu)良的激光基質(zhì)晶體，適于制作激光二極管（LD）泵浦的全固態(tài)激光器。該晶體具有以下特點，具有低激光閾值，高斜率效率，大的受激發(fā)射截面，在很寬的波長范圍對泵浦光有很大的吸收，而調(diào)單模，有高抗光傷能力。最新進(jìn)展表明 Nd:YVO4晶體和KTP晶體的組合可以用以制作高功率穩(wěn)定的紅外、綠光或紅光激光器。

1.晶體的物理和光學(xué)特性

Nd:YVO4晶體屬于四方晶系，正單軸晶體。Nd:YVO4晶體自1966年問世以來就作為一種非常重要的激光材料得到廣泛認(rèn)可。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種晶體中存在散射中心、吸收色心等缺陷，因此它不可能生長出適合閃光燈泵浦所需尺寸的高質(zhì)量晶體。值得慶幸的是，它對二極管輻射波長存在很大的吸收和增益，并且發(fā)射截面大，輸出激光具有很好的偏振特性，這些足以掩蓋其生長尺寸小的缺點。Nd:YVO4晶體是非常適合于激光二極管泵浦的性能優(yōu)良的激光晶體材料，下面給出了他的幾個特性參數(shù)：

吸收波長(nm)： 808.5；吸收系數(shù)(cm-1)：31.4 (π偏振，808nm)；

發(fā)射波長(nm)：1064.3；發(fā)射截面(cm2)：25×10-19(1064nm)；

熒光壽命(μs)：94(1.22at.%)；折射率(@1064nm)：no=1.957，ne=2.165；

熱光系數(shù)(/K， @300K)：dno/dT=8.5×10-6，dne/dT=3.0×10-6

2.晶體的吸收和發(fā)散特性

由于這種晶體屬于自然雙折射晶體，因此它對泵浦光的吸收與偏振有關(guān)。若泵浦光偏振方向與激光輻射方向是一致的，則其對泵浦光的吸收是最強的。圖1（a）是Nd:YVO4晶體的吸收光譜。可以看出晶體在800~900nm之間都存在

圖1 Nd:YVO4的吸收和發(fā)射光譜

(a) Nd:YVO4的吸收譜； (b)發(fā)射譜

Fig.1 Absorption and emission spectrum of Nd:YVO4 crystals

(a)Absorption spectrum of Nd:YVO4; (b)emission spectrum

兩個吸收峰：分別是808.5nm和879.8nm。另一方面，晶體是對π偏振泵浦光的吸收系數(shù)大于對σ偏振泵浦光的吸收系數(shù)，其中在π方向上Nd:YVO4的吸收系數(shù)大約是Nd:YAG的4倍。因此，為了充分利用泵浦光能量，通常采用π偏振方式泵浦。

Nd:YVO4晶體不僅具有很強的偏振吸收的特性，還具有很強的偏振輻射特性。激光輸出沿著π或σ方向呈線偏振特性，如此以來，晶體內(nèi)多余的熱致雙折射就得以避免，這也是它們區(qū)別與Nd:YAG晶體的最大特點。圖4-1b給出的是晶體的發(fā)射譜線圖。可見，它沿π方向的偏振發(fā)射較強，而且Nd:YVO4的發(fā)射截面要大，這在實際應(yīng)用中導(dǎo)致的結(jié)果是： Nd:YVO4所獲得的平均輸出功率較大，光-光轉(zhuǎn)換效率較高。

總之，Nd:YVO4與傳統(tǒng)的Nd:YAG晶體相比具有較大的吸收系數(shù)、較高的發(fā)射截面、偏振吸收和發(fā)射特性以及較大的吸收帶寬，對二極管的溫度變化不敏感等優(yōu)點。因此，被廣泛應(yīng)用于LD泵浦全固態(tài)激光器中。但是，正是由于它具有較大的發(fā)射截面，加之較短的上能級壽命，Nd:YVO4的儲能能力遠(yuǎn)不如Nd:YAG，不利于高能量、高峰值功率的調(diào)Q脈沖輸出，它們的優(yōu)點只是局限于高平均功率、高轉(zhuǎn)換效率的連續(xù)波輸出方面。另外，Nd:YVO4的熱導(dǎo)率非常小，只有Nd:YAG的一半，因此它不利于實現(xiàn)高功率的連續(xù)波輸出。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］張浩．基于PPLN晶體的角度調(diào)諧光學(xué)參量振蕩器.天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.

［２］魏景謙，王繼揚等.KTiOAsO4晶體的生長和性質(zhì)研究[J].人工晶體學(xué)報，1994，23(2):95-61.

［３］蘭信鋸等.激光技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2000．

［４］姚建銓.非線性光學(xué)頻率變換及激光調(diào)諧技術(shù)[M].科學(xué)出版社，1995.