定义
基于稀土掺杂钇、钆或镥钒酸盐晶体的激光器，通常为Nd：YVO4。
术语钒酸盐激光器通常用于基于掺钕钒酸盐晶体的激光器。 特别是，这些包括钒酸钇（Nd：YVO4）、钒酸钆（Nd：GdVO4）和钒酸镥（Nd：LuVO4)。这些钒酸盐也称为原钒酸盐。 这种材料早已为人所知[1]，但直到多年后才开始流行，因为很长一段时间内很难以足够大的尺寸以高光学质量生长它们。 除了晶体生长的进展外，二极管泵浦的出现也增加了对钒酸盐的兴趣，因为可以使用更小的晶体，而灯泵浦激光器通常需要相当长的激光棒。
还有掺杂了其他稀土离子的钒酸盐晶体，例如掺杂了镱（Yb3+），铒（Er3+）、铥（Tm3+）或钬（Hm3+）兴奋剂。 由于尺寸相似，钇、钆或镥离子可以用激光活性稀土离子代替，而不会强烈影响晶格结构。 例如，这对于保持掺杂材料的高导热性非常重要。
钒酸盐晶体具有天然的双折射特性，可消除高功率激光器中的热致去极化损耗。 此外，激光增益与偏振密切相关（→光的偏振）；沿C轴的极化通常达到最高增益。 泵浦吸收也与极化密切相关（特殊波长除外），这可能会导致问题，例如当使用具有漂移极化的光纤耦合泵浦源时。
对于 Nd：YVO4，典型的激光发射波长为1064 nm，即与Nd：YAG基本相同。 其他重要的发射波长是 914 和 1342 nm；这些与Nd：YAG有很大不同。 1342 nm发射线比Nd：YAG中相应的1.32 μm线强得多，因此在1.3 μm操作中具有更好的性能。
| 属性 | 价值 |
|---|---|
| 化学式 | Nd3+:YVO4 |
| 晶体结构 | 四方 |
| 密度 | 4.22 g/cm3 |
| 莫氏硬度 | 5–6 |
| 杨氏模量 | 133 GPa |
| 抗张强度 | 53 MPa |
| 熔点 | 1810 °C |
| 导热 |
≈ 5 W / （m K） （文献中也发现了9-12左右的值） |
| 热膨胀系数 | 11×10−6 K−1 (C方向）， 4.4 × 10−6 K−1 (一个方向） |
| 透明度范围 | 0.3–2.5 μm |
| 双 折射 | 正单轴 |
| 1064 nm 处的折射率 | 2.17为C偏振（非凡）， 1.96普通指数 |
| 折射率的温度依赖性 | 3×10−6 K−1在 C方向上，8.5 × 10−6 K−1在A方向 |
| 密度为1%。掺杂 | 1.24 × 1020cm−3 |
| 荧光寿命 | 90 μs |
| 808 nm 处的吸收截面 | 60×10−20cm2 (c极化） |
| 1064 nm 处的发射截面 | 114×10−20 cm2 (c极化） |
| 增益带宽 | 1 nm |
表 1：Nd：YVO4的一些属性。
Nd:YVO4和Nd:YAG的比较
Nd：YVO4激光器通常是二极管泵浦的，但也可以是灯泵浦的。 与Nd：YAG（→YAG激光器）相比，Nd：YVO4表现出更高的泵浦吸收和增益（由于非常高的吸收和激光横截面），更宽的增益带宽（约1 nm），更宽的泵浦波长范围（通常无需稳定泵浦波长），更短的上状态寿命（钕浓度不太高≈100 μs），更高的折射率、较低的导热系数和双折射。 这些差异对各种激光操作模式的影响如下：
- 对于连续波操作，Nd：YVO4在中等或高功率的情况下，允许与 Nd：YAG 相同的整体性能。 而导热系数越差，折射率的温度系数越小，所以热透镜效应不强。 由于其高增益效率，Nd：YVO4对于具有非常低阈值泵浦功率的激光器，优于 Nd：YAG。
- Nd：YVO4非常适合具有非常高脉冲重复率的被动锁模激光器；已经演示了近 160 GHz。 这一特征主要得益于高激光横截面和强大的泵吸收。
- 对于调Q激光器，Nd：YVO4不允许脉冲能量与Nd：YAG一样高，因为其能量存储能力低于Nd：YAG由于较高的状态寿命和高增益效率。 另一方面，Nd：YVO4更适合高脉冲重复率，它仍然允许产生相当短的Q开关脉冲。
其他钕掺杂钒酸盐晶体
与Nd：YVO4 相比， Nd：GdVO4具有相似的热导率，略短的发射波长（1063 nm），稍大的增益带宽，更低的发射截面和更高的泵浦吸收。 然而，请注意，关于钒酸盐晶体热导率的已发表数据差异很大，因此存在一些重大的不确定性。
参考文献
[1] J. R. O'Connor, “Unusual crystal-field energy levels and efficient laser properties of YVO4:Nd”, Appl. Phys. Lett. 9, 407 (1966), doi:10.1063/1.1754631
[2] A. I. Zagumennyi et al., “The Nd3+:GdVO4 crystal: a new material for diode-pumped lasers”, Sov. J. Quantum Electron. 22, 1071 (1992), doi:10.1070/QE1992v022n12ABEH003672
[3] J. L. Blows et al., “Heat generation in Nd:YVO4 with and without laser action”, IEEE Photon. Technol. Lett. 10 (12), 1727 (1998), doi:10.1109/68.730483
[4] N. Hodgson et al., “High power TEM00 mode operation of diode-pumped solid-state lasers”, Proc. SPIE 3611, 119 (1999), doi:10.1117/12.349265
[5] Y. Sato and T. Taira, “The studies of thermal conductivity in GdVO4, YVO4, and Y3Al5O12 measured by quasi-onedimensional flash method”, Opt. Express 14 (22), 10528 (2006), doi:10.1364/OE.14.010528
[6] N. Pavel et al., “In-band pumping of Nd-vanadate thin-disk lasers”, Appl. Phys. B 91 (3-4), 415 (2008), doi:10.1007/s00340-008-3013-7
[7] J. Liu et al., “Comparative study of high-power continuous-wave laser performance of Yb-doped vanadate crystals”, IEEE J. Quantum Electron. 45 (7), 807 (2009), doi:10.1109/JQE.2009.2014253
[8] Y. Yan et al., “Near-diffraction-limited, 35.4 W laser-diode end-pumped Nd:YVO4 slab laser operating at 1342 nm”, Opt. Lett. 34 (14), 2105 (2009), doi:10.1364/OL.34.002105
[9] D. Sangla et al., “Highly efficient Nd:YVO4 laser by direct in-band diode pumping at 914 nm”, Opt. Lett. 34 (14), 2159 (2009), doi:10.1364/OL.34.002159
[10] G. Turri et al., “Temperature-dependent stimulated emission cross section in Nd3+:YVO4 crystals”, J. Opt. Soc. Am. B 26 (11), 2084 (2009), doi:10.1364/JOSAB.26.002084
[11] X. Délen et al., “Temperature dependence of the emission cross section of Nd:YVO4 around 1064 nm and consequences on laser operation”, J. Opt. Soc. Am. B 28 (5), 972 (2011), doi:10.1364/JOSAB.28.000972
