基本材料

LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

激光倍频

利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光，称为倍频技术，或二次谐波振荡。如将1.06微米的激光通过倍频晶体，变成0.532微米的绿光。倍频技术扩大了激光的波段，可获得更短波长的激光。

倍频激光器

用非线性材料产生倍频激光的器件称为倍频激光器。一般把入射地激光称为基频光，由倍频激光器出来的激光称为倍频光或二次谐波。

根据非线性材料特性，我们一般采用角度相位匹配来得到二次谐波。角度相位匹配是利用晶体的双折射来补偿正常色散而达到相位匹配的一种方法。使入射晶体的基频光和产生的倍频光具有不同的偏振态，而所用晶体应预先根据晶体光学的理论和有关的折射率数据，计算出切割晶体的方向，磨制成所需形状，使基频光和倍频光能满足相位匹配条件。

两类匹配方式

按照入射基波的偏振态又可将角度匹配方式分为两类：一种是基波取单一的线偏振光(如o光)形式入射，而倍频波为另一状态的线偏振光(如e光)，这种情况通常称之为第I类相位匹配。这一倍频过程用一式子表示为“o + o→e”，因为两个基波的偏振方向是平行的，所以又称平行式位相匹配。另一种情况是基波同时取两种不同的线偏振光(o 光e光)形式入射，即两者的偏振方向是相垂直的，而产生的倍频波为单一状态的线偏振光(如e光)，这种情况通常称为第Ⅱ类位相匹配，记作“e + o→e”。因为第Ⅱ类匹配方式，在非线性极化过程中，不是单纯由基波的o光(或e光)的分量乘积在起作用，而是o光和e光分量同时在起作用。

一束自然光入射于单轴晶体时，会变成两束折射光，称为e光。

o光就是寻常光，沿不同方向传播速度相同，e光沿不同方向传播速率不同。

o光、e光都是线偏振光，o光的振动方向垂直于o光的主平面，e光的振动方向在e光的主平面内。

光在非均质体中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向不同而改变，其折射率值不止一个。光波入射非均质体，除特殊方向以外，都要发生双折射，分解成振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏振光，此现象称为双折射。以寻常折射率传播的为o光，满足折射定律；以非寻常折射率传播的为e光，不满足折射定律

Nd:YVO4介绍：

掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）晶体是一种性能优良的激光晶体，适于制造激光二极管泵浦特别是中低功率的激光器。与Nd:YAG相比Nd:YVO4对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的Nd:YVO4晶体与LBO,BBO,KTP等高非线性系数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。现在Nd:YVO4激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检测、激光印刷、数据存储等多个领域得到广泛的应用。而且Nd:YVO4二极管泵浦固态激光器正在迅速取代传统的水冷离子激光器和灯泵浦激光器的市场，尤其是在小型化和单纵模输出方面。

Nd:YVO4与Nd:YAG比较的优势：

在808nm左右的泵浦带宽，约为Nd:YAG的5倍。

在1064nm处的受激发射截面是Nd:YAG的3倍

光损伤阈低，高斜率效率

双轴晶体，输出为线偏振

Nd∶YVO4 晶体在1064nm 处的受激发射截面大,在808nm处的吸收系数高,以及吸收谱线宽等参数均优于其它现有的晶体材料

YAG

是钇铝石榴石的简称，化学式为Y3Al5O12，是由Y2O3和Al2O3反应生成的一种复合氧化物，属立方晶系，具有石榴石结构。石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的链接网。

一、Y AG系列晶体

1、Nd：Y AG晶体：

Nd：Y AG晶体是目前综合性能最为优异的激光晶体。激光波长1064nm，广泛用于军事、工业和医疗等行业。能提供F1-20(D) ´ 10-140（L）mm的激光棒和各种板条元件，Nd浓度为0.6～1.1at.%。

2、Ce：Nd：Y AG晶体

对于闪光灯泵浦的激光器而言，泵浦灯的发射光谱实际是一个宽带连续浦，只有少数的光谱峰和Nd离子吸收峰相匹配，所以一般的灯泵浦只利用了很少部分的光谱能量，效率较低。在Nd：Y AG晶体的基础上添加Ce离子形成Ce：Nd：Y AG是利用Ce离子能对紫外光谱区光子能量产生很好的吸收，并且将能量以无辐射跃迁的方式传递给Nd离子，从而增加了光谱的利用率，因此激光棒效率高、阈值低、重复频率特性好。另外，它将对Nd：Y AG而言有害的紫外辐射（长时间的紫外辐射，会在Nd：Y AG晶体内形成色心，从而降低晶体的激光性能）进行了有效的利用，因此抗紫外辐射、甚至可不用特殊的滤紫外石英套管。Ce：Nd：Y AG因掺Ce以后晶体呈黄色，所以又叫黄棒。能提供F1-20(D) ´ 10-140（L）mm的激光棒和各种板条元件，Nd浓度为0.6～1.1at.%，Ce浓度为0.03～0.4at.%。

3、Yb：Y AG晶体

Yb:Y AG是三价镱离子(Yb3+)掺入钇铝石榴石（Y AG）基质中形成的一种产生1.03um近红外激光的激光晶体，其与Nd:Y AG属于同一种基质，但由于掺杂不同而导致生长工艺有所不同。掺镱Y AG由于量子效率高（91%），晶体光谱简单，无激发态吸收和上转换，且无荧光浓度猝灭，掺杂浓度高(可达30at.%以上)，有较长的荧光寿命（0.91ms），吸收带带宽(18nm)比Nd:Y AG的(<4nm）宽得多，能与二极管的泵浦波长有效耦合。在相同的输入功率下，Yb:Y AG泵浦生热仅为Nd:Y AG的1/4。而且Y AG基质的物化特性综合性能最为优良，所以Yb:Y AG已成为最引人注目的固体激光介质之一，LD泵浦的高功率Yb:Y AG 固体激光器成为新的研究热点，并将其视为发展高效、高功率固体激光器的一个主要方向。

目前，工业用激光设备如：激光打标机、激光雕刻机、激光焊接机、激光划片机、镭雕机、激光打孔机等都是采用Nd：Y AG激光棒的。

GdVO4

掺钕钒酸钆单晶(Nd:GdVO4)和掺钕钒酸钇单晶(Nd:YVO4)性质相近的优秀的激光晶体, Nd:GdVO4晶体的光谱和振荡性能与Nd:YVO4相似，但由于用半径较大的Gd3+置换Y3+，从而Nd3+的分凝系数接近于1，晶体质量明显提高。Nd:GdVO4有优良的物理、光学、机械性能,是理想的激光二极管泵浦全固态(DPSS)微小型激光器的激光工作物质之一。它比Nd:Y AG有更高的斜率效率，比钒酸钇有更好的热导和高输出功率，故在高功率DPSS场合，使用Nd:GdVO4的效果会比使用Nd:Y AG和Nd:YVO4更好。