Ванадат легированный неодимом давно известный кристаллический материал, годный для создания активной среды лазера. Однако только в последние годы технология роста этих кристаллов достигла должного уровня и стало возможным выращивать були сравнительно большого размера и высокого оптического качества. Активные элементы Nd:YVO – уникальный материал для создания лазеров с диодной накачкой. Кристаллическая решетка ванадата, также может быть 
допирована ионами редкоземельных металлов иттербия, эрбия, тулия и гольмия, однако эти кристаллы гораздо менее распространены.
Кристалл ванадата двулучепреломляющий, что значительно снижает термически наведенные поляризационные потери в высоко мощных лазерах. Усиление допированого кристалла зависит от поляризации, более высокое вдоль оси. Поглощение излучение накачки также зависит от поляризации. Основная длина волны совпадает с основной длиной волны и составляет 1064нм. Также важные полосы испускания – 914нм, 1342нм. Линия 1342 в ванадате гораздо более сильная, чем в гранате, что позволяет получать эффективные лазеры на данной длине волны.
По сравнению с гранатами, ванадаты при диодной накачке гораздо лучше поглощают излучение лазерных диодов и обладают высоким сечением усиления. Ширина полосы накачки гораздо шире, чем у граната, полоса усиления порядка 1нм. Также сравнительные с гарантами свойства: меньше время флуоресценции (порядка 100мкс для не сильно допированных кристаллов), высокое значение показателя преломления, более низкая теплопроводность и наличие двулучепреломления.
- Несмотря на то, что теплопроводность ванадов меньше, чем у грантов, зависимость показателя преломления от температуры выражена у ванатов слабее, что снижает эффекты термолизы при больших мощностях накачки. Из-за очень большого усиления, лазеры на ванадах обладают очень низким порогом генерации..
- Ванадаты очень хорошо подходят для создания лазеров с пассивной синхронизацией мод с высокой частотой следования импульсов до 160Ггц.
- В режиме модуляции добротности ванадаты дают меньшие энергию в импульсе, чем гранатовые лазеры, что обусловлено меньшим временем жизни верхнего лазерного уровня и высоким усилением. Однако ванадаты больше подходят, если требует большая частота следования импульса. При использовании сигма поляризации (где сечение усиления порядка 4 раз меньше), однако можно добиться частоты порядка кГц при довольно большой энергии в импульсе.
- Ванадаты широко используются с нелинейными кристаллами для получения гармоник высшего порядка, вплоть до УФ. Особенно хорошо для этих целей подходит кристалл KTP, так как излучение ванадата поляризовано, а кристалл KTP при должной настройке гораздо лучше поглощает поляризованное излучение, совпадающее с его собственной осью.
Вышеперечилеснные особености Nd:YVO обуславливают широкое распратранение лазеров на его основе. Свойства кристаллов Nd:YVO представленны в таблицах ниже.
| Атомарная плотность | 1.26х10^20 атомов/см^3 (Nd 1.0%) |
| Кристаллическая решетка | Тетрагональная, a=b=7.1193, c=6.2892 |
| Плотность | 4.22г/см^3 |
| Твердость по Моосу | 4-5 (как у стекла) |
| Коэффициент термического расширения (300К) | a=4.43x10^-6 1/K - вдоль оси a a=11.37x10^-6 1/K - вдоль оси c |
| Коэффициент теплопроводности (300К) | 0.0523Вт/см/К - вдоль оси c 0.0510Вт/см/К - поперек оси c |
Табл. 1. Свойства Nd:YVO кристалла.
| Длина волны излучения | 1064нм, 1342нм, 914нм |
| Термооптический коэффициент (300К) | dn/dT=8.5x10^-6 1/K для обыкновенного луча dn/dT=2.9x10^-6 1/K для необыкновенного луча |
| Сечение индуцированного излучения | 25х10^-19@1064нм |
| Время флуоресценции | 90мкс |
| Клэффициент поглощения | 31.4 1/см @810нм |
| Внутренние потери | 0.02 1/cv @1064нм |
| Полоса усиления | 0.96нм @1064нм |
| Поляризация излучения | P-полярищация, параллельная оптической оси (оси c) |
| Достижимый дифференциальный КПД при диодной накачке | >60% |
Табл. 2. Оптические и спектральные свойства Nd:YVO.
Кристалл Nd:YVO имеет в 4 раза болшее сечение усиления на длинах волн 1064нм и 1342нм по сравнению с Nd:YAG. Ниже представлена таблица сравнительных характеристик a-cut Nd:YVO, c-cut Nd:YVO и Nd:YAG, при типовых уровнях легирования активатором.
| Кристалл | Легирование(atm%) | s(x10-19см2) | a(см-1) | t(мс) | la (мм) | Pth(мВт) | ?s(%) |
| Nd:YVO (a-cut) | 1.0 2.0 |
25 25 |
31.2 72.4 |
90 50 |
0.32 0.14 |
30 78 |
52 48.6 |
| Nd:YVO (c-cut) | 1.1 | 7 | 9.2 | 90 | 231 | 45.5 | |
| Nd:YAG | 0.85 | 6 | 7.1 | 230 | 1.41 | 115 | 38.6 |
Табл. 3. Сравнительные показатели кристаллов АИГ:Nd и Nd:YVO: s - сечение индуцированного излучения, a - коэффициент поглощения накачки, t - время жизни верхнего уровня, la - длина зоны поглощения 90% излучения наачки, Pth - пороговая мощность , ?s(%) - квантовая эффективность накачки.
| Кристалл | Размеры (мм3) | Мощность | Выход ( 1064нм) |
| Nd:YVO4 | 3x3x1 | 850мВт | 350мВт |
| Nd:YVO4 | 3x3x5 | 15Вт | 6Вт |
| Nd:YAG | 3x3x2 | 850мВт | 34мВт |
Табл 4. Сравнительные характеристики лазеров на основе неодимовых сред.
| Концентраиция Nd | 0.1 - 3.0 atm% |
| Искажение волнового фронта | < l/8 @ 633нм |
| Рассеивающие центры | Невидимы, зондируются He-Ne лазером |
| Ориентация | ±0.5град. |
| Точность размеров | ±0.1мм |
| Поверхность торцов | Плоская/Плоская |
| Полировка торцов | 10/5 Scratch/Dig MIL-O-13830B |
| Плоскостность | lambda/10 @ 633нм |
| Чистая апертура | >90% |
| Параллелизм | 10 угл. сек. |
| Внутренние потери | 0.1% см-1 |
Табл.5. Парметры активных элементов из Nd:YVO.
Мы поставляем активные элементы и заготовки из ванадата иттирия легированного неодимом в форме цилиндра или параллелепипеда для продоьной и поперечной накачки. Стандартно кристаллы вырезаны по оси c (c-cut), по заказу поставляются a-cut ванадаты. Также возможна поставка SLAB активных элементов. Выбор покрытия для активных элементов весьма богат: просветление на 1064нм, отражение на 1064нм, просветления не длину накачки 808нм, покрытия адаптированный для ГВГ и параметрической генерации.
Ниже представлена таблица стандартной продукции. Мы можем изготовить практически любой активный элемент по вашему заказу.
| Кристалл | Размеры | Концентрация | Покрытия | Примечание |
| Nd:YVO | 3x3x1мм | 2% | S1:HR@1064(R>99.8%)&532нм(R>99%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ, глухое зеркало на торце. |
| Nd:YVO | 3x3x1мм | 2% | S1:AR@1064(R<0.1%)&532нм(R<0.5%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ |
| Nd:YVO | 3x3x1мм | 1% | S1:HR@1064(R>99.8%)&532нм(R>99%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ, глухое зеркало на торце. |
| Nd:YVO | 3x3x5мм | 1% | S1:AR@1064(R<0.1%)&532нм(R<0.5%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ |
| Nd:YVO | 3x3x5мм | 1% | S1:HR@1064(R>99.8%)&532нм(R>99%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ, глухое зеркало на торце. |
| Nd:YVO | 3x3x5мм | 0.5% | S1:AR@1064(R<0.1%)&532нм(R<0.5%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ |
| Nd:YVO | 3x3x10мм | 0.5% | S1:HR@1064(R>99.8%)&532нм(R>99%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ, глухое зеркало на торце. |
| Nd:YVO | 4x4x8мм | 0.27% | S1:HR@1064(R>99.8%)&532нм(R>99%)HT@808нм(R<5%) S2:AR@1064&532нм |
Продольная накачка, ГВГ |
Табл 6. Стандартные кристаллы Nd:YVO.