掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)
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。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。
Nd:YVO4 晶体的基本属性
| 原子密度 |
1.26x1020 atoms/cm3 (Nd1.0%) |
| 晶体结构 |
四方, 空间群D4h-I4/amd
a=b=7.1193A,c=6.2892A |
| 密度 |
4.22g/cm3 |
| 莫氏（Mohs）硬度 |
4-5(近似玻璃) |
| 热膨胀系数(300K) |
αa=4.43x10-6/K
αc=11.37x10-6/K |
| 热传导系数(300K) |
//C:0.0523W/cm/K
⊥C:0.0510W/cm/K |
Nd:YVO4 晶体的特性
晶体特性
| 发射波长 |
1064nm,1342nm |
| 热光系数(300K) |
dno/dT=8.5×10-6/K
dne/dT=2.9×10-6/K |
|
受激辐射截面 |
25×10-19cm2 @ 1064nm |
| 荧光寿命 |
90μs(1%) |
| 吸收系数 |
31.4cm-1 @810nm |
| 内在损失 |
0.02cm-1 @1064nm |
| 增益带宽 |
0.96nm@1064nm |
|
极化激光辐射 |
π偏振；平行于光轴（C轴） |
|
二极管泵浦光—光效率 |
>60% |
Nd:YVO4晶体的Sellmeier方程式如下：
n02=3.77834+0.069736/(λ2-0.04724)-0.010813λ2
ne2=4.59905+0.110534/(λ2-0.04813)-0.012676λ2
Nd:YVO4激光特性
1.与Nd:YAG相比，Nd:YVO4最大的优势在于更宽的吸收带宽范围内，具有比Nd:YAG高5倍的吸收效率，而且在808nm左右达到峰值吸收波长，完全能够达到当前高功率激光二极管的标准。这使得我们可以利用更小的晶体来制造体积越来越小的激光器。同时还意味着激光二极管可以用较小的功率输出特定的能量，从而延长了其使用寿命。Nd:YVO4的吸收带宽可达Nd:YAG的2.4-6.3倍，这一特性同样具有巨大的开发价值。除了较高的泵浦效率外，在二极管的规格上提供了更大的选择空间，这将为激光器生产商节省更多的制造成本。
2.Nd:YVO4 在1064nm和1342nm处具有较大的受激发射截面。在a轴方向Nd:YVO41064nm波的受激发射截面约为Nd:YAG的4倍，而1342nm的受激发射截面可达Nd:YAG在1.3um处的18倍，故Nd:YVO41342nm波的连续输出效率要大大超过Nd:YAG，这使得Nd:YVO4激光的两个波长都可以更容易保持一个较强的单线激发。
3.Nd:YVO4的另一重要特点是它属单轴晶系，仅发射线性偏振光，因此可以避免在倍频转换时产生双折射干扰，而Nd:YAG是高匀称性的正方晶体，无此特性。虽然Nd:YVO4 的荧光寿命比Nd:YAG短2.7倍左右，但是因为Nd:YVO4具有较高的泵浦量子效率，所以在设计理想的光腔中仍然可获得相当高的斜率效率。
下表比较了Nd:YVO4与Nd:YAG光的主要特性，包括受激发射截面(σ), 吸收系数(α) 荧光寿命(τ), 吸收长度(La), 阈值功率(Pth)以及泵浦量子效率(η)等。
Nd:YVO4 晶体的品质保证规范
| 波前畸变: |
<λ/4 @ 633nm |
| 尺寸公差: |
:(W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L+0.2mm/-0.1) |
| 通光孔径: |
>90% central area |
| 平面度: |
λ/8 @ 633 nm, λ/4 @ 633nm（厚度小于2mm） |
| 光洁度: |
10/5 美国军标 |
| 平行度: |
优于20 arc seconds |
| 垂直度: |
5 arc minutes |
| 角度公差: |
<±0.5° |
| 增透膜: |
1064nm，R<0.2%, HR镀膜:1064nm R>99.8%,808nm T>95% | |
