什么是激光增益介質？激光增益介質的六種種類

    在激光物理學領域，激光增益介質扮演著至關重要的角色，其主要功能是放大光功率，通常以光束形式呈現。在激光器中，這種增益介質用于補償諧振腔的損耗，也被稱為有源激光介質，與不提供放大的無源光學元件形成對比。此外，它還廣泛應用于光學放大器中。術語“增益”特指放大的程度。

    為了實現光的放大，增益介質必須通過一個稱為泵浦的過程接收能量，這一過程通常涉及電流（電泵浦）或光輸入（光泵浦），且光波長通常短于信號波長。

    激光增益介質的種類多樣，包括但不限于以下幾種：

    1、直接帶隙半導體，如砷化鎵、砷化銦鎵或氮化鎵，這些材料通常通過電流泵浦，并以量子阱的形式存在，是半導體激光器的主要組成部分。此外，量子級聯激光器采用了不同的放大機制。

    2、激光晶體和玻璃，例如Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）、Yb:YAG（摻鐿YAG）、Yb:玻璃、Er:YAG（摻鉺YAG）或Ti:藍寶石，這些材料以固體片或光纖玻璃纖維的形式使用，并摻雜有激光活性離子，通常是三價稀土離子或過渡金屬離子，通過光泵浦實現放大。這類介質有時被稱為摻雜絕緣體激光器。

    3、陶瓷激光增益介質，通常也摻雜有稀土離子。

    4、染料激光器中使用的激光染料，通常以液體溶液的形式存在。

    5、氣體激光器基于某些氣體或氣體混合物，通常通過電放電泵浦，如CO2激光器和準分子激光器。

    6、更為特殊的增益介質包括化學增益介質、核泵浦介質以及自由電子激光器中的波蕩器。

    中測光科總結：與大多數晶體材料相比，離子摻雜玻璃通常具有更寬的放大帶寬，這使得它們能夠實現較大的波長調諧范圍并產生超短脈沖。然而，其缺點包括較差的熱性能（限制了可實現的輸出功率）和較小的激光截面，這導致閾值泵浦功率較高，并且在被動鎖模激光器中可能出現Q開關不穩定性。晶體、陶瓷和玻璃的摻雜濃度通常需要仔細優化，以平衡高摻雜密度帶來的泵浦吸收優勢與可能的能量損失，如由激光活性離子聚集和能量傳輸到缺陷引起的上轉換。