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揭晓 Er YAG 激光波长

晶体 / 2023年9月18日

介绍：

掺铒钇铝石榴石 (Er: YAG) 激光器以其独特的晶体特性、先进的激光技术和广泛的应用范围给各个行业带来了革命性的变化。在这篇综合文章中，我们踏上了揭开 Er:YAG 激光波长秘密的旅程。从探索 Er: YAG 晶体的介绍、特性和基本应用开始，我们深入了解了它的组成和功能。然后，我们深入研究 Er: YAG 激光器的功能和原理，了解它如何利用受激发射的力量。最后，我们揭示了 Er:YAG 激光波长的多样化且令人兴奋的应用，包括牙科、皮肤科、眼科、材料加工、非侵入性医疗程序和科学研究。通过这一全面的探索，我们的目标是揭示 Er:YAG 激光波长在多个领域的巨大潜力和影响。

第一节：Er：YAG晶体

1.1简介

Er:YAG晶体是一种固态晶体，具有卓越的发光能力和光学特性。通过将铒离子掺入 YAG 晶格中，Er: YAG 晶体获得了在特定波长范围内发光的能力，特别是在近红外区域内。

图1.Er：YAG晶体

1.2 属性

能级和跃迁特性

Er:YAG 晶体的一项显着特性是它的能级和跃迁特性。掺入 YAG 晶格中的铒离子会引入额外的能级，这对晶体的发光能力起着至关重要的作用。当受到外部能源（例如泵浦激光器）激发时，铒离子会在能级之间进行跃迁，从而发射所需波长的光子。

图2 Er:YAG能级和Stark子能级示意图

光学特性

Er:YAG 晶体的另一个重要特性是其优异的光学特性。该晶体具有宽发射光谱，峰值集中在近红外区域 2.94 微米附近。这种特定波长对于各种应用都非常有效，因为它可以与目标材料有效地相互作用。

高热稳定性和硬度

Er:YAG 晶体的光学特性与其高热稳定性和硬度相辅相成。这些属性使其能够在苛刻的环境中使用，包括高温和强辐射的环境。该晶体可以在如此极端的条件下保持其结构完整性和性能，使其适合需要耐用性和可靠性的应用。

能量传递效率高

Er:YAG 晶体的能量传输和效率受其晶体结构和成分的影响。 YAG 晶格提供了一个稳定的框架来容纳铒离子，从而实现高效的能量转移并最大限度地减少能量损失。对晶体成分和掺杂浓度的精确控制可以微调其光学特性并优化其针对特定应用的性能。

综上所述，Er:YAG晶体具有优异的光学性能、高热稳定性和硬度。其能级和跃迁特性能够实现所需波长的高效光发射。通过利用这些特性，Er:YAG 晶体已成为激光技术中的重要工具，在牙科、皮肤病学和材料加工等领域得到应用。

第2节：Er：YAG激光

2.1简介

Er:YAG 激光器利用受激发射过程产生相干且强烈的激光束。在此激光系统中，掺铒钇铝石榴石 (Er: YAG) 晶体充当增益介质。当晶体用另一种激光器（例如二极管激光器或闪光灯）进行光泵浦时，晶体内的铒离子被激发到更高的能级。当这些离子返回基态时，它们会发射特定波长的光子，对于 Er:YAG 激光器，通常约为 2.94 微米。

图3.Er：YAG激光器

2.2 功能

Er:YAG 激光器的工作原理是受激发射。当掺铒钇铝石榴石 (Er: YAG) 晶体受到光泵浦时，晶体内的铒离子被激发到更高的能级。当它们返回基态时，它们会发射特定波长的光子，从而产生相干激光束。 Er:YAG 晶体放置在光学谐振腔内，形成激光腔，并通过受激发射放大输出光束。 Er:YAG 激光器独特的波长以及对激光参数的精确控制使其能够在牙科、皮肤科和材料加工等领域得到广泛应用。

图4.激光器设置示意图。 （PD，光电探测器；PBS，偏振分束器；HWP，半波片；ISO，隔离器；LD，激光二极管；AOM，声光调制器；PZT，压电陶瓷换能器。）

第3节：Er: YAG激光波长的常见应用

牙科应用

Er:YAG 激光器广泛应用于牙科领域，以实现精确和微创手术。该波长对羟基磷灰石（牙齿的主要成分）的亲和力可以有效且选择性地去除牙组织，例如牙釉质、牙本质和腐烂区域。 Er:YAG 激光器用于蛀牙预备、根管消毒和牙龈轮廓，可提高精度并减少患者不适。

皮肤科和美容科

呃：YAG 激光已成为嫩肤和美容手术中的宝贵工具。该波长被水高度吸收，使其能够有效地精确消融和重塑皮肤。它促进胶原蛋白重塑，解决皱纹、疤痕、色素沉着障碍和血管病变等问题。 Er：YAG 激光器提供增强的控制，允许临床医生根据个人的需求定制治疗。

图5.Er：YAG激光器在皮肤科和美容领域的应用

眼科

Er：YAG 激光器在眼科手术中发挥着至关重要的作用，特别是在眼前节手术中。在囊切开术中，激光在白内障手术期间在晶状体囊中创建精确的开口。此外，Er:YAG 激光器还用于青光眼手术、小梁成形术和角膜整形手术，可提供精确且受控的组织消融，同时最大限度地减少附带损伤。

非侵入性医疗程序

Er：YAG 激光器可用于非侵入性医疗手术，例如治疗血管病变、甲真菌病和去除纹身。波长与目标组织内特定发色团的相互作用允许选择性光热解，其中激光能量被目标吸收并有效地破坏或修改它，同时保留周围的健康组织。

材料加工

Er:YAG 激光波长的精确控制和高能量密度使其对于材料加工应用具有重要价值。它用于各种材料（包括金属、陶瓷和聚合物）的精密切割、钻孔和微观结构。这些材料对激光的高吸收能够实现清洁和受控的加工，同时对周围区域的热损伤最小。

图6.Er：YAG激光器在材料加工中的应用

激光光谱学与研究

Er:YAG 激光器独特的发射特性使其在各种光谱应用和科学研究中具有重要价值。激光器的精确且可调谐的波长能力可以实现分子结构的精确分析、光谱测量以及量子光学和光子学的研究。

艺术应用

Er:YAG 激光在艺术领域得到应用，提供精确的表面雕刻和艺术修复能力。凭借其精确的能量输出和可调波长，它使艺术家能够创造出复杂的设计。此外，它还可以通过去除污染物和恢复精细细节来帮助修复古代艺术品。 Er: YAG 激光有助于艺术创新和文化遗产保护。

结论：

总之，掺铒钇铝石榴石（Er：YAG）激光器以其独特的晶体特性和特定的波长，在各个领域提供了广泛的应用。从牙科到皮肤科、眼科、材料加工、非侵入性医疗程序和研究，Er:YAG 激光都展示了其功效和精度。凭借其提供针对性治疗、受控组织消融和精确材料加工的能力，Er:YAG 激光器不断推进科学和技术前沿。随着研究和创新的进展，Er:YAG 激光器的进一步发展和应用潜力仍然充满希望。

常见问题解答：

  • 1.什么是Er:YAG晶体？
  • Er:YAG晶体是一种掺有铒离子的固态晶体，发射特定近红外波长的光。它广泛应用于各种应用的激光技术。
  • Er:YAG晶体有哪些优良特性？
  • Er:YAG晶体具有优异的光学特性、高热稳定性、硬度和高效的能量传输，使其成为激光应用的理想选择。
  • Er:YAG激光器的基本原理是什么？
  • Er: YAG 激光器通过受激发射进行工作，其中晶体中的光泵浦铒离子发射特定波长的光子，产生相干激光束。
  • 使用Er:YAG激光器有什么优点？
  • 使用 Er: YAG 激光器的优点包括其特定波长可实现有效的材料相互作用、高热稳定性、精确的能量控制以及在牙科、皮肤科和材料加工中的多种应用。
  • Er:YAG波长有哪些常见应用？
  • Er:YAG 波长的常见应用包括牙科、皮肤科、眼科、材料加工、非侵入性医疗程序和科学研究。

参考：

  • [1]李尚华，王庆.数百纳秒脉宽激光二极管泵浦高能单频Er:YAG激光器[J].中国光学通讯.2020.03
  • [2]王志强,吴吉安,陈坤峰,薛东风.大尺寸Er,Yb:YAG单晶的生长与性能[J].无机材料学报.2023.03
  • [3]桑友宝,刘东阿,夏旭升.基于Er:YAG的多波长脉冲中红外激光器[J].光通讯.2021
  • [4]包良弼，叶兵，袁子军。 Er:YAG激光器及其应用[J].合肥工业大学学报.2001.02

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