レーザークリスタルとは何ですか?

2023-06-20

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レーザー結晶は、外界から提供されるエネルギーを、高度に平行で単色レーザーを使用して、時空間的にコヒーレントな結晶材料に変換することができます。結晶レーザーの加工材料です。レーザー結晶は、発光中心とマトリックス結晶の 2 つの部分から構成されます。ほとんどのレーザー結晶の発光中心は活性イオンで構成されており、ホスト結晶内のカチオンを部分的に置換してドープされたレーザー結晶を形成します。活性イオンがマトリックス結晶の一部になると、自己活性化レーザー結晶が形成されます。

レーザー結晶に使用される活性イオンは主に遷移金属イオンと三価希土類イオンです。遷移金属イオンの光学電子は、外層の 3D 電子です。結晶内では、光電子は周囲の結晶場の影響を受けやすいため、結晶の種類によってスペクトル特性が大きく異なります。三価希土類イオンの 4f 電子は、5S および 5p の外側の電子によって遮蔽され、結晶場の影響を弱めます。しかし、結晶場の摂動により、禁制の 4f 電子遷移が可能になり、狭帯域の吸収線と蛍光線が生成されます。したがって、異なる結晶中の三価希土類イオンのスペクトルは、遷移金属イオンのスペクトルほど変化しません。

レーザー結晶に使用される主な母結晶は酸化物とフッ化物です。マトリックス結晶としては、物理的・化学的性質が安定しており、光学的均一性が良く大型結晶の成長が容易であり、価格が安いことに加えて、活性イオンの半径、電気陰性度、価数などの適合性を考慮する必要があります。マトリックスのカチオンと活性化イオンは可能な限り近くにある必要があります。さらに、活性イオンのスペクトルに対するマトリックスの結晶場の影響を考慮する必要があります。特殊な機能を備えた母材結晶の中には、活性イオンをドーピングすることで特定の特性を備えたレーザーを直接発生させることができるものもあります。たとえば、一部の非線形結晶では、活性イオンによって生成されたレーザーが、マトリックス結晶を介して高調波出力に直接変換されます。

レーザー結晶に使用される活性イオンは主に遷移金属イオンと三価希土類イオンです。遷移金属イオンの光学電子は、外層の 3D 電子です。結晶内では、光電子は周囲の結晶場の影響を受けやすいため、結晶の種類によってスペクトル特性が大きく異なります。三価希土類イオンの 4f 電子は、5S および 5p の外側の電子によって遮蔽され、結晶場の影響を弱めます。しかし、結晶場の摂動により、禁制の 4f 電子遷移が可能になり、狭帯域の吸収線と蛍光線が生成されます。したがって、異なる結晶中の三価希土類イオンのスペクトルは、遷移金属イオンのスペクトルほど変化しません。