Nd: YAG激光器原理

Nd: YAG激光器是固态晶体激光器的一种，它采用Nd: YAG晶体棒作激光介质。Nd: YAG晶体是将激光介质钕(Nd)原子掺在生晶体钇铝石榴石(YAG)中，Nd原子在YAG中的最佳含量约为总重量的1％。所以，Nd: YAG晶体的全称是掺钕钇铝石榴石晶体。Nd: YAG晶体一般被制作成棒状，这种材料的制作是很困难的，且价格昂贵。但由于它具有良好的光学性能、机械性能和热学性能，所以是高功率激光器的最佳选材之一。

之所以采用氪灯作为激励用的泵浦源，因为它可以发出波长为0.73μm和0.8μm的光线，用这一波长的光来激励Nd原子是最为有效的。

将Nd: YAG晶体棒与氪灯并排放置在一个椭圆型的光学腔内，光学腔的内表面形状是经过精心设计的，以便保证氪灯发出的泵浦光能够全部聚集到Nd: YAG晶体棒的中心轴上。由一个反射率为100％的反射镜作后镜，前镜的反射率为精心设计的90％（透过率为10％），它们共同组成光学谐振腔，以实现光学谐振。

Nd（钕）原子的能量转移过程分为四步(在图1.7中对这一过程有详细

的描述)，第一步：Nd原子在氪灯发出的波长为 0.73μm和 0.8μm泵浦光的激励下，处于基态的Nd原子跃迁到两个上能级中的一个，原子在这里的上能级寿命非常短，大约只有10-7 秒，这里称这一能级为激发态；第二步：原子在激发态迅速地进行一次无发射的跃迁，到达另一个上能级，原子在这里的上能级寿命较长，大约为10-4 秒，这一能级称为亚稳态，原子在这里形成粒子数反转；第三步：当原子在这里受激而跃迁到达下能级时，就会发射出波长为 1.06μm的光子，这就是激光；第四步：原子在这里再发生一次无发射的跃迁到达基态，准备重复上述过程。