激光增益介質(zhì)的相關(guān)物理特性

激光增益介質(zhì)的物理特性對其在激光器中的應(yīng)用至關(guān)重要。理想的增益介質(zhì)特性包括：在所需波長范圍內(nèi)具有顯著的激光躍遷，且最大增益出現(xiàn)在該區(qū)域；在該波長范圍內(nèi)，宿主介質(zhì)應(yīng)具有高透明度；具備有效的泵浦吸收能力，適用于光泵浦激光器；適當(dāng)?shù)纳夏軕B(tài)壽命，以滿足Q開關(guān)應(yīng)用或快速調(diào)制功率的需求；高量子效率，通過減少猝滅效應(yīng)和激發(fā)態(tài)吸收等普遍性問題來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可能通過某些有益效應(yīng)如多聲子躍遷或能量轉(zhuǎn)移來增強(qiáng)；理想情況下，應(yīng)表現(xiàn)為四級行為，以避免準(zhǔn)三級行為帶來的額外約束；此外，增益介質(zhì)應(yīng)堅(jiān)固耐用，具有長使用壽命和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

對于固態(tài)激光增益介質(zhì)，需要具備良好的光學(xué)質(zhì)量和所需尺寸的基質(zhì)介質(zhì)，能夠進(jìn)行良好的切割和拋光，允許高摻雜激光活性離子而不會聚集，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的熱導(dǎo)率和低熱光系數(shù)，以及高抗機(jī)械應(yīng)力性；光學(xué)各向同性可能是理想的，但在某些情況下，雙折射和偏振相關(guān)增益也是可取的。對于高增益、低閾值泵浦功率的應(yīng)用，發(fā)射截面和上態(tài)壽命的高乘積至關(guān)重要。在泵浦源光束質(zhì)量要求較低的情況下，高泵浦吸收率可能有所幫助。對于波長調(diào)諧應(yīng)用，大增益帶寬是必要的。在產(chǎn)生超短脈沖時(shí)，寬而平滑的增益譜以及適當(dāng)?shù)纳⒑头蔷€性也很重要。對于無Q開關(guān)不穩(wěn)定性被動鎖模應(yīng)用，需要足夠高的激光截面。在高能脈沖放大應(yīng)用中，如再生放大器，光學(xué)損傷閾值應(yīng)高，且增益飽和通量不宜過高。

需要注意的是，在許多情況下，這些要求可能會部分相互沖突。例如，非常低的量子缺陷與四級行為不兼容；較大的增益帶寬通常意味著激光橫截面小于理想值，并且量子缺陷不能非常小；固態(tài)激光增益介質(zhì)中的無序會增加增益帶寬，但也會降低熱導(dǎo)率；較短的泵浦吸收長度可能有利，但也往往會加劇熱效應(yīng)。

因此，不同應(yīng)用場景對增益介質(zhì)的要求差異顯著，各種增益介質(zhì)仍將對應(yīng)用至關(guān)重要，而正確的選擇對于構(gòu)建性能最佳的激光器至關(guān)重要。為此，中測光科認(rèn)為定量激光建模和仿真通常是很有幫助的。