什么是激光增益介质？激光增益介质的六种种类

    在激光物理学领域，激光增益介质扮演着至关重要的角色，其主要功能是放大光功率，通常以光束形式呈现。在激光器中，这种增益介质用于补偿谐振腔的损耗，也被称为有源激光介质，与不提供放大的无源光学元件形成对比。此外，它还广泛应用于光学放大器中。术语“增益”特指放大的程度。

    为了实现光的放大，增益介质必须通过一个称为泵浦的过程接收能量，这一过程通常涉及电流（电泵浦）或光输入（光泵浦），且光波长通常短于信号波长。

    激光增益介质的种类多样，包括但不限于以下几种：

    1、直接带隙半导体，如砷化镓、砷化铟镓或氮化镓，这些材料通常通过电流泵浦，并以量子阱的形式存在，是半导体激光器的主要组成部分。此外，量子级联激光器采用了不同的放大机制。

    2、激光晶体和玻璃，例如Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石）、Yb:YAG（掺镱YAG）、Yb:玻璃、Er:YAG（掺铒YAG）或Ti:蓝宝石，这些材料以固体片或光纤玻璃纤维的形式使用，并掺杂有激光活性离子，通常是三价稀土离子或过渡金属离子，通过光泵浦实现放大。这类介质有时被称为掺杂绝缘体激光器。

    3、陶瓷激光增益介质，通常也掺杂有稀土离子。

    4、染料激光器中使用的激光染料，通常以液体溶液的形式存在。

    5、气体激光器基于某些气体或气体混合物，通常通过电放电泵浦，如CO2激光器和准分子激光器。

    6、更为特殊的增益介质包括化学增益介质、核泵浦介质以及自由电子激光器中的波荡器。

    中测光科总结：与大多数晶体材料相比，离子掺杂玻璃通常具有更宽的放大带宽，这使得它们能够实现较大的波长调谐范围并产生超短脉冲。然而，其缺点包括较差的热性能（限制了可实现的输出功率）和较小的激光截面，这导致阈值泵浦功率较高，并且在被动锁模激光器中可能出现Q开关不稳定性。晶体、陶瓷和玻璃的掺杂浓度通常需要仔细优化，以平衡高掺杂密度带来的泵浦吸收优势与可能的能量损失，如由激光活性离子聚集和能量传输到缺陷引起的上转换。