Nd:YAG-лазер

Nd:YAG лазер с открытой крышкой, показана генерация второй гармоники с длиной волны 532 нм, соответствующей зелёному цвету

Nd:YAG лазер — твердотельный лазер. В качестве активной среды используется алюмо-иттриевый гранат («YAG», Y₃Al₅O₁₂), легированный ионами неодима (Nd).

Генерация происходит на длине волны 1064 нм. Такие лазеры могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Импульсные режимы отличаются характером генерации лазерного излучения. В свободной генерации длительность импульса обычно равна времени жизни верхнего лазерного уровня (около 250 мкс, зависит от концентрации неодима), импульс представляет собой набор пучков с длительностью до сотен наносекунд. В режиме модулированной добротности длительность может варьироваться от единиц наносекунд до микросекунд. Наибольшую импульсную мощность можно получить при работе в режиме модуляции добротности. Благодаря большой мощности, из импульса с длиной волны 1064 нм на нелинейном кристалле можно получить импульс с длиной волны вдвое, втрое, вчетверо (и т. д.) короче, например: 532 нм, 355 нм, 266 нм, 213 нм.

Принцип действия

В момент вспышки лампы накачки атомы активного элемента переходят в возбуждённое состояние и испускают фотоны. Пока атом не перешёл из возбуждённого состояния, влетающий в него фотон выбивает другой фотон, при этом когерентность, длина волны, поляризация, фаза хода у этих фотонов будут одинаковыми.

Активный элемент усиливает свет, но это ещё не лазер: для того, чтобы получился лазер, необходима генерация. Чтобы запустить генерацию, необходимо обеспечить обратную связь. Это достигается применением зеркал. Глухое зеркало возвращает более 99 % излучения, выходное зеркало возвращает около 90 % излучения, при этом на выходе будет всего 10 % излучения, КПД получается низким; если возвращать меньше излучения, то генерации не будет.

Применение

Твердотельные Nd:YAG-лазер используются для:

• Обработки материалов. При сварке материалов пучок импульсного лазера переносится на рабочую поверхность через оптическое волокно диаметром 0,5—2 мм с мощностью до 2 кВт.
• Применение в медицине. Используются непрерывные Nd:YAG лазеры с малой мощностью 50 Вт.
• Лазерной дальнометрии в военных целях — для лазерных видоискателей и указателей цели.
• В научных целях.

А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. М. Чирков. Гибридные технологии лазерной сварки. М. Изд. МГТУ им. Баумана, 2004.