浅谈对Nd:YVO4晶体的物理和光学特性研究

【摘　要】本文主要介绍Nd:YVO4这种激光晶体材料的物理和光学特性、吸收光谱和发射光谱特性等参数。

【关键词】Nd:YVO4；晶体光吸收；发散性

0.引言

Nd:YVO4（掺钕钒酸钇）晶体是一种性能优良的激光基质晶体，适于制作激光二极管（LD）泵浦的全固态激光器。该晶体具有以下特点,具有低激光阈值，高斜率效率，大的受激发射截面，在很宽的波长范围对泵浦光有很大的吸收，而调单模，有高抗光伤能力。最新进展表明 Nd:YVO4晶体和KTP晶体的组合可以用以制作高功率稳定的红外、绿光或红光激光器。

1.晶体的物理和光学特性

Nd:YVO4晶体属于四方晶系，正单轴晶体。Nd:YVO4晶体自1966年问世以来就作为一种非常重要的激光材料得到广泛认可。然而，研究人员发现，这种晶体中存在散射中心、吸收色心等缺陷，因此它不可能生长出适合闪光灯泵浦所需尺寸的高质量晶体。值得庆幸的是，它对二极管辐射波长存在很大的吸收和增益，并且发射截面大，输出激光具有很好的偏振特性，这些足以掩盖其生长尺寸小的缺点。Nd:YVO4晶体是非常适合于激光二极管泵浦的性能优良的激光晶体材料，下面给出了他的几个特性参数：

吸收波长(nm)： 808.5；吸收系数(cm-1)：31.4 (π偏振，808nm)；

发射波长(nm)：1064.3；发射截面(cm2)：25×10-19(1064nm)；

荧光寿命(μs)：94(1.22at.%)；折射率(@1064nm)：no=1.957,ne=2.165；

热光系数(/K, @300K)：dno/dT=8.5×10-6，dne/dT=3.0×10-6

2.晶体的吸收和发散特性

由于这种晶体属于自然双折射晶体，因此它对泵浦光的吸收与偏振有关。若泵浦光偏振方向与激光辐射方向是一致的，则其对泵浦光的吸收是最强的。图1（a）是Nd:YVO4晶体的吸收光谱。可以看出晶体在800~900nm之间都存在

图1 Nd:YVO4的吸收和发射光谱

(a) Nd:YVO4的吸收谱； (b)发射谱

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

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

两个吸收峰：分别是808.5nm和879.8nm。另一方面，晶体是对π偏振泵浦光的吸收系数大于对σ偏振泵浦光的吸收系数，其中在π方向上Nd:YVO4的吸收系数大约是Nd:YAG的4倍。因此，为了充分利用泵浦光能量，通常采用π偏振方式泵浦。

Nd:YVO4晶体不仅具有很强的偏振吸收的特性，还具有很强的偏振辐射特性。激光输出沿着π或σ方向呈线偏振特性，如此以来，晶体内多余的热致双折射就得以避免，这也是它们区别与Nd:YAG晶体的最大特点。图4-1b给出的是晶体的发射谱线图。可见，它沿π方向的偏振发射较强，而且Nd:YVO4的发射截面要大，这在实际应用中导致的结果是： Nd:YVO4所获得的平均输出功率较大，光-光转换效率较高。

总之，Nd:YVO4与传统的Nd:YAG晶体相比具有较大的吸收系数、较高的发射截面、偏振吸收和发射特性以及较大的吸收带宽，对二极管的温度变化不敏感等优点。因此，被广泛应用于LD泵浦全固态激光器中。但是，正是由于它具有较大的发射截面，加之较短的上能级寿命，Nd:YVO4的储能能力远不如Nd:YAG，不利于高能量、高峰值功率的调Q脉冲输出，它们的优点只是局限于高平均功率、高转换效率的连续波输出方面。另外，Nd:YVO4的热导率非常小，只有Nd:YAG的一半，因此它不利于实现高功率的连续波输出。　[科]

【参考文献】

［１］张浩．基于PPLN晶体的角度调谐光学参量振荡器.天津大学硕士学位论文，2004.

［２］魏景谦，王继扬等.KTiOAsO4晶体的生长和性质研究[J].人工晶体学报，1994,23(2):95-61.

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