Qu'est-ce que le cristal laser ?

2023-06-20

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Le cristal laser peut transformer l'énergie fournie par le monde extérieur en matériaux cristallins grâce à un laser hautement parallèle et monochromatique, cohérents dans l'espace et le temps. C'est le matériau de travail du laser à cristal. Le cristal laser est composé de deux parties : le centre de luminescence et le cristal matriciel. Les centres de luminescence de la plupart des cristaux laser sont composés d'ions actifs, qui remplacent partiellement les cations dans le cristal hôte pour former des cristaux laser dopés. Lorsque les ions actifs font partie du cristal matriciel, ils forment un cristal laser auto-activé.

Les ions actifs utilisés dans le cristal laser sont principalement des ions de métaux de transition et des ions de terres rares trivalents. Les électrons optiques des ions des métaux de transition sont des électrons 3D situés dans la couche externe. Dans le cristal, les électrons optiques sont facilement affectés par le champ cristallin environnant, de sorte que les caractéristiques spectrales sont très différentes selon les différents types de cristaux. Les électrons 4f des ions trivalents des terres rares sont protégés par les électrons externes de 5S et 5p, ce qui affaiblit l'effet du champ cristallin sur eux. Cependant, la perturbation du champ cristallin rend possible la transition électronique 4f interdite et produit des raies d’absorption et de fluorescence à bande étroite. Par conséquent, le spectre des ions trivalents des terres rares dans différents cristaux ne change pas autant que celui des ions des métaux de transition.

Les principaux cristaux matriciels utilisés dans les cristaux laser sont l’oxyde et le fluorure. En tant que cristal matriciel, en plus de ses propriétés physiques et chimiques stables, il est facile de cultiver des cristaux de grande taille avec une bonne uniformité optique et un prix bas, il doit tenir compte de son adaptabilité aux ions activés, tels que le rayon, l'électronégativité et la valence du les cations matriciels et les ions activés doivent être aussi proches que possible. De plus, l’influence du champ cristallin de la matrice sur le spectre des ions actifs doit être prise en compte. Pour certains cristaux matriciels dotés de fonctions spéciales, le laser présentant certaines caractéristiques peut être directement généré par dopage des ions actifs. Par exemple, dans certains cristaux non linéaires, le laser généré par les ions actifs peut être directement converti en sortie harmonique à travers le cristal matriciel.

Les ions actifs utilisés dans le cristal laser sont principalement des ions de métaux de transition et des ions de terres rares trivalents. Les électrons optiques des ions des métaux de transition sont des électrons 3D situés dans la couche externe. Dans le cristal, les électrons optiques sont facilement affectés par le champ cristallin environnant, de sorte que les caractéristiques spectrales sont très différentes selon les différents types de cristaux. Les électrons 4f des ions trivalents des terres rares sont protégés par les électrons externes de 5S et 5p, ce qui affaiblit l'effet du champ cristallin sur eux. Cependant, la perturbation du champ cristallin rend possible la transition électronique 4f interdite et produit des raies d’absorption et de fluorescence à bande étroite. Par conséquent, le spectre des ions trivalents des terres rares dans différents cristaux ne change pas autant que celui des ions des métaux de transition.