固體激光器的工作物質(zhì)

固體激光器的工作物質(zhì)，由光學(xué)透明的晶體或玻璃作為基質(zhì)材料，摻以激活離子或其他激活物質(zhì)構(gòu)成。這種工作物質(zhì)一般應(yīng)具有良好的物理－化學(xué)性質(zhì)、窄的熒光譜線、強(qiáng)而寬的吸收帶和高的熒光量子效率。

玻璃激光工作物質(zhì)容易制成均勻的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。但其熒光譜線較寬，熱性能較差，不適于高平均功率下工作。常見(jiàn)的釹玻璃有硅酸鹽、磷酸鹽和氟磷酸鹽玻璃。80年代初期，研制成功折射率溫度系數(shù)為負(fù)值的釹玻璃，可用于高重復(fù)頻率的中、小能量激光器。

晶體激光工作物質(zhì)一般具有良好的熱性能和機(jī)械性能，窄的熒光譜線，但獲得優(yōu)質(zhì)大尺寸材料的晶體生長(zhǎng)技術(shù)復(fù)雜。60年代以來(lái)已有 300種以上摻入各種稀土金屬或過(guò)渡金屬離子氧化物和氟化物晶體實(shí)現(xiàn)了激光振蕩。常用的激光晶體有紅寶石（Cr:Al2O3，波長(zhǎng)6943埃）、摻釹釔鋁石榴石（Nd:Y3Al5O12，簡(jiǎn)稱Nd:YAG，波長(zhǎng)1.064微米）、氟化釔鋰（LiYF4，簡(jiǎn)稱YLF;Nd:YLF，波長(zhǎng)1.047或1.053微米;Ho:Er:Tm:YLF，波長(zhǎng)2.06微米）等。

1973年以來(lái)又有一類自激活激光晶體。它的激活離子是晶體的一個(gè)化學(xué)組分，因而激活離子濃度高，不致產(chǎn)生熒光猝滅。這種晶體的激光增益高，抽遠(yuǎn)閾值低。主要品種有五磷酸釹（NdP5O14）、四磷酸鋰釹（NdLiP4O12）和硼酸鋁釹【NdAl3（BO4）3】等。它們多用熔鹽法生長(zhǎng)，晶體尺寸小，可用于小型固體激光器。

已研制成的還有多種具有寬帶熒光特性的可調(diào)諧激光晶體，如終端聲子躍遷的金綠寶石（Cr:BeAl2O4，波長(zhǎng)0.701～0.815微米，室溫工作）、摻鎳氟化鎂（Ni:MgF2，波長(zhǎng)1.6～1.8微米，低溫工作）、5d→4f躍遷的摻鈰氟化釔鋰（Ce:YLF，波長(zhǎng)0.306～0.315微米，用準(zhǔn)分子激光器激勵(lì)，室溫工作）和堿鹵化物的色心激光晶體（不摻雜或摻雜的氯化鉀、氟化鋰等，波長(zhǎng)0.8～3.9微米，大多在低溫下工作）。

固體激光器的特性

固體激光器可作大能量和高功率相干光源。紅寶石脈沖激光器的輸出能量可達(dá)千焦耳級(jí)。經(jīng)調(diào)Q和多級(jí)放大的釹玻璃激光系統(tǒng)的最高脈沖功率達(dá)10瓦。釔鋁石榴石連續(xù)激光器的輸出功率達(dá)百瓦級(jí)，多級(jí)串接可達(dá)千瓦。

固體激光器運(yùn)用Q開(kāi)關(guān)技術(shù)（電光調(diào)制），可以得到納秒至百納秒級(jí)的短脈沖，采用鎖模技術(shù)可得到皮秒至百皮秒量級(jí)的超短脈沖。

由于工作物質(zhì)的光學(xué)不均勻性等原因，一般固體激光器的輸出為多模。若選用光學(xué)均勻性好的工作物質(zhì)和采取精心設(shè)計(jì)諧振腔等技術(shù)措施，可得到光束發(fā)散角接近衍射極限的基橫模（TEM00）激光，還可獲得單縱模激光。