Neodymium-lézer

(Forrás: O. Svelto, Principles of Laseres, 5th Edition, Springer, New York, ISBN 978-1-409-1301-2)

Szilárdtest-lézereknek nevezzük általánosságban azokat a lézereket, ahol az aktív anyag szerepét ionok játsszák, melyeket szennyezőként ültetnek be egy amúgy átlátszó (kristály vagy üveg) hordozóba. Ilyen aktív szennyező ionok a periódusos táblázat átmeneti elemei közül kerülnek ki, különös tekintettel a ritkaföldfémekre (RE) és félfémekre. Hordozókristályként oxidokat (pl. Al₂O₃), vagy fluoridokat (YLiF₄, általában YLF-nek rövidítik) használnak leggyakrabban. Az oxidok előnye, hogy keményebbek és jobb mechanikai, ill. termomechanikai (pl. magasabb hőmérsékleti repedéshatár) tulajdonságokkal bírnak. A fluoridok viszont kedvezőbb termooptikai tulajdonságokat mutatnak (pl. kisebb mértékű hőmérséklet-indukált lencseeffektus és kettőstörés).

Üvegek esetén a szilikátok (pl. SiO₂ alapú), ill. a foszfátok (pl. P₂O₅ alapú) családját használták, és kizárólag RE-ionok hordozóiként. A kristályokkal összehasonlítva, a legtöbb üveg olvadáspontja jóval alacsonyabb, ezért gyártásuk jóval egyszerűbb és olcsóbb, jóval nagyobb méretekben is.  Másrészről azonban, az üvegek hővezető-képessége sokkal (egy nagyságrenddel) alacsonyabb aminek következtében termomechanikai és termooptikai tulajdonságaik sokkal rosszabbak. Különböző üvegeket összehasonlítva, a szilikátok termális és mechanikai tulajdonságai kedvezőbbek, míg a foszfátok jobb termooptikai és nemlineáris otpikai tulajdonságokkal bírnak.

Szilárdtest-lézerek között a Neodymium-lézerek a legnépszerűbbek. A hordozó legtöbbször Y₃Al₅O₁₂ (közismert rövidítéssel: YAG) melyben az Y³⁺ ionok közül némelyiket Nd³⁺ ionnal helyettesítik. A ND:YAG két fő pumpálási sávja 730 és 800nm-nél van, amint azt az ábra is mutatja. A lézerátmenet frekvenciája l =1.064 mm (közeli infravörös) – ez a leggyakrabban használt lézerhullámhossz Nd:YAG-lézerek esetén.

A Nd:üveg közeg energianívói körülbelül ugyanazok, mint a Nd:YAG-ban. A lézerátmenetek vonalszélessége azonban sokkal sokkal nagyobb, a lokális eletromos tér inhomogenitásai miatti inhomogén frekvenciakiszélesedés következtében, mely az üvegek tipikus jellemzője. A nagy sávszélesség kívánatos jellemző móduscsatolási műveletek szempontjából: diódával pumpált, passzívan móduscsatolt Nd:üveg lézerekkel 100fs tartamú ultrarövid lézerpulzusokat generáltak. Nd:üveg közegek rendkívül fontos felhasználási területe a lézerfúziós kísérletek, ahol a nagyenergiás rendszerek lézererősítő közegeiként hasznosítják őket.

(Forrás: O. Svelto, Principles of Laseres, 5th Edition, Springer, New York, ISBN 978-1-409-1301-2)

A Nd:YAG-lézerek folytonos (CW) és impulzusüzemben is működhetnek, a pumpálást pedig lámpa, vagy AlGaAs félvezető lézer látja el. A Nd:YAG-lézereket széles körben alkalmazzák, többek között (1) Anyagmegmunkálás, pl. fúrás és hegesztés, (2) orvosi felhasználás, koaguláció és szövetszétválasztás, (3) katonai alkalmazások.

(Forrás: O. Svelto, Principles of Laseres, 5th Edition, Springer, New York, ISBN 978-1-409-1301-2)

Figyeljük meg az Yb:YAG hosszú sugárzásos élettartamát (τ =1.16 ms), mely jó tároló közeggé teszi.