深圳中為檢驗(yàn)是專業(yè)激光設(shè)備檢測(cè)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)，針對(duì)各類激光器提供性能檢測(cè)和安全等級(jí)認(rèn)證服務(wù)，其中就包括了YAG固體激光器。

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(xué)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(dǎo)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(tài)躍遷到一個(gè)較高的激發(fā)態(tài)。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：當(dāng)足夠多的釹離子被激發(fā)后，就會(huì)在兩個(gè)特定能級(jí)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，即高能級(jí)上的粒子數(shù)目超過低能級(jí)上的粒子數(shù)目。這兩個(gè)能級(jí)分別是上能級(jí)（通常是4F3/2或4F5/2）和下能級(jí)（通常是4I11/2）。

受激輻射與放大：一旦有少量的自發(fā)發(fā)射光子產(chǎn)生，并且其頻率與上述兩能級(jí)間的能量差相匹配，那么這些光子會(huì)觸發(fā)更多的處于高能級(jí)的釹離子進(jìn)行受激輻射。這個(gè)過程中，每個(gè)受激輻射都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(yīng)。

光學(xué)諧振腔：為了維持并增強(qiáng)這一放大過程，Nd:YAG晶體兩端安裝了反射鏡，形成一個(gè)光學(xué)諧振腔。其中一個(gè)反射鏡是全反射鏡，另一個(gè)是部分透射鏡。在這個(gè)腔內(nèi)來回反射的光子不斷激發(fā)更多的釹離子進(jìn)行受激輻射，從而使光強(qiáng)不斷增加。

激光輸出：當(dāng)腔內(nèi)的光強(qiáng)度達(dá)到一定閾值時(shí)，部分光子將通過部分透射鏡逸出，形成連續(xù)波或脈沖形式的激光輸出。Nd:YAG激光器可以產(chǎn)生波長(zhǎng)為1064納米的近紅外光，通過非線性晶體還可以轉(zhuǎn)換成其他波長(zhǎng)，如532納米（綠色）、355納米（紫外）等。

YAG固體激光器波長(zhǎng)是多少？

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

然而，通過非線性光學(xué)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(zhuǎn)換成其他波長(zhǎng)：

通過二次諧波生成，1064納米的光可以被轉(zhuǎn)換為532納米的綠光。

通過三次諧波生成，1064納米的光可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)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(zhǎng)的激光在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著作用，比如532納米的綠色激光常用于材料加工和醫(yī)療美容領(lǐng)域，而355納米的紫外激光則可能用于精細(xì)打標(biāo)或生物醫(yī)學(xué)研究等。

YAG固體激光器和光纖激光器的區(qū)別

1、工作介質(zhì)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(zhì)。這種晶體具有良好的熱導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)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(zhì)。光纖可以是單模或多模。

2、泵浦方式不同

Nd:YAG激光器：傳統(tǒng)上使用閃光燈或半導(dǎo)體激光二極管進(jìn)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(dǎo)體激光二極管直接泵浦光纖內(nèi)的活性離子。這種方式提供更高的電光轉(zhuǎn)換效率。

3、散熱性能不同

Nd:YAG激光器：由于晶體材料的熱導(dǎo)性限制，熱量管理是一個(gè)挑戰(zhàn)，尤其是在高功率運(yùn)行時(shí)。

光纖激光器：光纖的長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)提供了較大的表面積與體積比，有利于熱量擴(kuò)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(zhì)量不同

Nd:YAG激光器：輸出的光束質(zhì)量取決于腔體設(shè)計(jì)和光學(xué)元件的質(zhì)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(dǎo)結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生非常高的光束質(zhì)量，接近衍射極限，適合需要高質(zhì)量光束的應(yīng)用。

5、維護(hù)成本與穩(wěn)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(hù)成本。此外，機(jī)械對(duì)準(zhǔn)問題也會(huì)影響長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

光纖激光器：沒有移動(dòng)部件，通常更加穩(wěn)定可靠，需要較少的維護(hù)，并且擁有較長(zhǎng)的工作壽命。

6、靈活性與可擴(kuò)展性不同

Nd:YAG激光器：相對(duì)固定的設(shè)計(jì)，在調(diào)整輸出參數(shù)方面不夠靈活。

光纖激光器：可以通過組合多個(gè)泵浦源來實(shí)現(xiàn)功率放大，同時(shí)保持優(yōu)良的光束質(zhì)量，易于集成到各種系統(tǒng)中。

7、應(yīng)用領(lǐng)域不同

Nd:YAG激光器：廣泛應(yīng)用于工業(yè)切割、焊接、打標(biāo)等工藝，以及醫(yī)療和科研領(lǐng)域。

光纖激光器：因其優(yōu)異的光束質(zhì)量和較高的效率，在精密加工、通信、傳感等領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

總之，YAG固體激光器是固體激光器中應(yīng)用比較廣泛的一種激光器。

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