美国Directed Light Inc. Nd:YAG激光晶体棒 ND:YAG激光螺旋棒 Nd：YAG棒

掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)是材料加工应用中最常用的固态激光介质。Nd:YAG具有较好的光吸收和转换效率，较低的激光阈值和良好的热耗散，适合高功率工作。

四级光泵浦

任何给定原子中的电子都可以占据与原子核周围的离散轨道或“壳层”相关的各种离散能级。高轨道上的电子比低轨道上的电子具有更大的能量值。如果不增加外部能量，电子将趋向于稳定到可用的最低轨道和能级。但是，如果将能量添加到电子中，则可以将其提升到更高的水平，从而在较低的水平上留下空缺。如果足够多的电子被提升到更高的能级，就会产生一种称为“填充反转”的条件。事实上，启动激光所需的最小种群反转称为“激光阈值”。当电子从高能级下降到人口较少的能级时，就会发生激光，以相干的单色激光辐射的光子的形式释放其储存的能量。钕（Nd）是 Nd：YAG 激光系统中的有源激光介质。它是一种极好的激光介质，因为它对光泵浦反应良好，并且相对容易达到激光阈值。如果来自氙灯或氪灯的光被反射到Nd：YAG棒中，其中一些将具有适当的能量和波长，被Nd原子吸收，将一些电子从基态（EO）激发到最高能级（E3）。这称为光泵浦。四级光泵浦有两个重要优点：易于保持种群反转和良好的泵浦过渡吸收。

晶体生长

Nd：YAG棒是从称为“boules”的较大晶体上切割而成的，这些晶体是通过直拉生长法在熔炉中生产的。熔体的温度接近2000°C，必须在整个2到3周的过程中精确控制。在钇铝石榴石基体晶体中，钕离子取代了一定比例的钇离子。理想的Nd百分比通常在1.0%左右。然而，由于钕离子比钇离子大，它只能勉强地进入晶格中的钇位置。为了强制取代，原始熔体中Nd离子的含量必须比期望的最终棒掺杂水平高约5倍。当掺杂率为1.0%的孔从5.0%的熔体中拉出时，熔体的Nd浓度增加，类似于蒸发增加盐水溶液浓度的方式。Nd取代率随着熔体浓度的增加而增加，产生具有轴向或纵向掺杂梯度的孔。这就限制了均匀气泡生长的长度。在实践中，通过保持相对于熔体质量较小的孔的大小来最小化这个梯度。这样，小孔的增大对熔体浓度就没有那么大的影响。Nd掺杂率的变化对激光输出功率和模式质量有很大影响。一般来说，较低的掺杂百分比会降低多模输出功率，但会提高基模(TEM00)质量。当模式质量和小聚焦光斑尺寸比最大输出功率更重要时，低掺杂棒是薄膜电阻修整等应用的首选。较高的掺杂率将产生较高的多模输出功率，但较差的TEM00模式质量。高掺杂棒是首选的应用，如标记或雕刻时，最大的多模输出功率是极为重要的，并且光束没有开孔。

棒材制造

由于钕离子比钇离子大，当钕占据钇位点时，晶格中会产生应变。这限制了在保持良好光学质量的同时可以达到的掺杂水平。为了确保定向光的Nd:YAG棒具有最高质量，使用Twyman-Green干涉仪的照片作为切割指南，以选择最佳区域。 Nd：YAG棒主要特点 较好的光吸收和转换效率较低的激光阈值良好的热耗散高功率有效地产生高能脉冲低重复率保持平均功率水平 Nd：YAG棒主要应用 钻孔焊接重复脉冲泵浦连续泵送大功率系统