YVO4 激光器定義是指基于稀土摻雜的釔、釓或镥釩酸鹽晶體的激光器。
釩酸鹽激光器這一術(shù)語通常用于基于摻釹釩酸鹽晶體的激光器。具體而言，它們包括釩酸釔（Nd:YVO4）、釩酸釓（Nd:GdVO4）和釩酸镥（Nd:LuVO4），這些釩酸鹽也被稱為正釩酸鹽。這類材料很早就為人所知，但多年后才開始流行，因為在很長一段時間內(nèi)，很難生長出具有高光學(xué)質(zhì)量的大尺寸材料。除了晶體生長方面的進(jìn)展，二極管泵浦的出現(xiàn)也增加了人們對釩酸鹽的興趣，因為可以使用更小的晶體，而燈泵浦激光器通常需要相當(dāng)長的激光棒。
也有摻入其他稀土離子的釩酸鹽晶體，例如摻入鐿（Yb3+）、鉺（Er3+）、銩（Tm3+）或鈥（Hm3+）。由于尺寸相似，釔、釓或镥離子可以被替換成具有激光活性的稀土離子而不強烈影響晶格結(jié)構(gòu)。這對于保持摻雜材料的高導(dǎo)熱性是很重要的。
釩酸鹽晶體是天然的雙折射晶體，可消除高功率激光器中熱誘導(dǎo)的去極化損耗。。此外，激光增益強烈依賴于偏振（光的偏振）；沿c軸的偏振通常能達(dá)到最高增益。泵浦吸收也強烈依賴于偏振（特殊波長除外），當(dāng)使用偏振漂移的光纖耦合泵浦源時,這可能會產(chǎn)生一定的問題。
對于Nd:YVO4，典型的激光發(fā)射波長為1064納米，即與Nd:YAG基本相同。其他重要的發(fā)射波長是914和1342納米；它們與Nd:YAG的發(fā)射波長有很大差別。Nd:YVO4 1342nm 發(fā)射線比Nd:YAG 中相應(yīng)的 1.32μm 線強得多，因此在 1.3-μm 操作中具有更好的性能。
| 屬性 | 值 |
|---|---|
| 化學(xué)式 | Nd3+:YVO4 |
| 晶體結(jié)構(gòu) | 四邊形 |
| 質(zhì)量密度 | 4.22?g/cm3 |
| 莫氏硬度 | 5–6 |
| 楊氏模量 | 133?GPa |
| 抗拉強度 | 53?MPa |
| 熔點 | 1810?°C |
| 導(dǎo)熱系數(shù) | ≈?5?W?/?(m?K) （文獻(xiàn)中也有 9–12 左右的值） |
| 熱膨脹系數(shù) | 11×10?6?K?1（c 方向），4.4×10?6?K?1（a 方向） |
| 透明度范圍 | 0.3–2.5 μm |
| 雙折射 | 正單軸 |
| 1064nm處的折射率 | 2.17為c極化 1.96普通指數(shù) |
| 折射率的溫度依賴性 | 3×10?6?K?1?在c方向，8.5×10?6?K?1在a方向 |
| Nd 密度為 1% at 摻雜 | 1.24?×?1020?cm?3 |
| 熒光壽命 | 90 μs |
| 808nm處的吸收截面 | 60 × 10??20??cm?2?(?c極化) |
| 1064 nm 處的發(fā)射截面 | 114 × 10??20??cm?2?(?c極化 |
| 增益帶寬 | 1nm |
Nd:YVO4和Nd:YAG的比較
Nd:YVO4激光器通常是二極管泵浦的，但也可以是燈泵浦的。與Nd:YAG（YAG激光器）相比，Nd: YVO4表現(xiàn)出更高的泵浦吸收和增益（由于非常高的吸收和激光截面），更寬的增益帶寬（約1納米），更寬的泵浦波長范圍（通常不需要穩(wěn)定泵浦波長），更短的上能態(tài)壽命（對于不太高的釹濃度≈100μs），更高的折射率，更低的熱導(dǎo)率，以及雙折射。這些差異對各種激光操作模式的影響如下：
- 對于連續(xù)波操作，Nd:YVO4在中功率或高功率情況下的總體性能與Nd:YAG相似。雖然熱導(dǎo)率較差，但折射率的溫度系數(shù)較小，因此熱透鏡不強。由于其高增益效率，Nd:YVO4比Nd:YAG更適用于閾值泵浦功率很低的激光器。
- Nd:YVO4非常適合于具有極高脈沖重復(fù)率的被動鎖模激光器，已經(jīng)證實了近160GHz。這一特性主要是由于高激光截面和強泵浦吸收所致。
- 對于調(diào)Q激光器，Nd:YVO4無法獲得與Nd:YAG一樣高的脈沖能量，因為它的能量存儲能力低于Nd:YAG，這是由于較低的上能態(tài)壽命和高增益效率。另一方面，Nd:YVO4更適合于高脈沖重復(fù)率，它仍然可以產(chǎn)生相當(dāng)短的Q開關(guān)脈沖。
其他摻釹釩酸鹽晶體
與Nd:YVO4相比，Nd:GdVO4具有相似的熱導(dǎo)率、稍短的發(fā)射波長（1063nm）、稍大的增益帶寬、更低的發(fā)射截面和更高的泵浦吸收。然而，請注意，有關(guān)釩酸鹽晶體熱導(dǎo)率的公布數(shù)據(jù)差異很大，因此存在一些重大的不確定性。