Гадолиниевый ванадат легированный неодимом выкрашивают преимущественно методом Чохральского. Nd:GdVO4 – высокоэффективный материал для диодной накачки, его сечение поглощения на длине волны 808нм в 7 раз выше, чем у Nd:YAG, а сечение излучения на длине волны 1.06мкм в 3 раза выше. Nd:GdVO4 по оптическим свойствам очень схож с Nd:YVO4, однако этот материал обладает гораздо большей теплопроводностью, что снижает температурные эффекты, влияющие на качество лазерного пучка.
| Химическая формула | Gd.99Nd.01VO4 |
| Концентрация Nd3+, at.% | 0.1-1 |
| Кристаллическая решетка | 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 |
Basic Properties:
| Chemical Formula | Gd.99Nd.01VO4 |
| Dopant Concentration Nd3+, at.% | 1.0 +/- 0.1 |
| Crystal Structure | Zircon Tetragonal, space group D4h-I4/amd a=b=7.212, c=6.350 |
| Space Group | I41/amd |
Optical Properties:
| Lasing Transition | 4F3/2 - C4I11/2 |
| Lasing Wavelength, nm | 1062.9 |
| Emission Cross Section, (E ? ? c, at 1064 nm) cm2: | 7.6x10-19 |
| Absorption Cross Section, (E ? ? c, at 808 nm) cm2: | 4.9x10-19 |
| Density: | 5.48g/cm3 |
| Mohs hardness: | 4.6-5 |
| Linewidth: | 3 nm |
| Relaxation Time of Terminal Lasing Level: | 100ms |
| Absorption Coefficient, (E ? ? c, at 808 nm) cm-1 | 74 |
| Thermal Conductivity, W/(mxK): | 11.7 |
| Density, g/cm3 | 5.47 |
Index of Refraction (at 1064 nm):
|
Wave
length |
500
|
630
|
850
|
1064
|
1300
|
1400
|
1550
|
|
no
|
2.0488
|
2.01685
|
1.99490
|
1.98535
|
1.97889
|
1.97683
|
1.97410
|
|
ne
|
2.31219
|
2.25431
|
2.21482
|
2.19813
|
2.18742
|
2.18419
|
2.18009
|
Demonstrated Performance in Diode Pumped Laser Systems
| Laser Operation | Output wavelength (µm) | Frequency Doubler | Slope Efficiency (%) | Max. Optical Conversion Efficiency (%) |
| cw | 1.06 | none | 42.9 | 38.1 |
| cw | 1.34 | none | 40.2 | n/a |
| cw | 0.53 | KTP | n/a | 21.0 |
| cw | 0.67 | LBO | n/a | 2.8 |
| Q-switched | 1.06 | none | 31.6 | n/a |
| Q-switched | 0.53 | KTP | n/a | 25.0 |
Information Regarding Neodymium Laser Host Crystals
| Nd:YVO4 | Nd:GdVO4 | Nd:YAG | |
| Laser wavelengths | 1064.3nm 1342.0 nm |
1062.9 nm ~1340 nm |
1064.2 nm 1338.2 nm |
| Emission bandwidth (linewidth at 1064 nm) | 0.8 nm | No data | 0.45 nm |
| Effective laser cross section (emission cross section at 1064 nm) |
15.6 x 10-19 cm-2 | 7.6 x 10-19cm-2 | 6.5 x 10-19 cm-2 |
| Polarization | Parallel to c-axis | Parallel to c-axis | unpolarized |
| Radioactive lifetime (microseconds) at 1% Nd doping |
~ 100 µs | ~ 95 µs | 230 µs |
| Pump wavelength | 808.5 nm | 808.4 nm | 807.5 nm |
| Peak pump absorption at 1% doping | ~ 41 cm-1 | ~ 57 cm-1 | |
| Thermal conductivity, W/mK | 5.1 | 11.7(Ref. 7) | 14 |
Material Properties: Comparing Nd:GdVO4 and Nd:YVO4
| Nd:GdVO4 | Nd:YVO4 | |||
| Crystal Structure, Space Group | Tetragonal, I41/amd | Tetragonal, I41/amd | ||
| Lattice constants, nm | a:0.721 b:0.635 |
a:0.721 b:0.629 |
||
| Melting temperature, ??C | 1780 | 1825 | ||
| Thermal expansion @25??C, x10-6/??C |
a
|
1.5
|
a
|
4.43
|
|
b
|
7.3
|
b
|
11.4
|
|
| Specific heat @25??C, cal/mol K |
32.6
|
24.6
|
||
| dn / dT, x10-6 /??C |
4.7
|
2.7
|
||
| Nd: Dopant Level | 1.0 atm% , 0.5% |
| Wavefront Distortion | < l/8 at 633 nm |
| Scattering Sites | invisible, probed with a He-Ne laser |
| Orientation | +/-0.5?? |
| Dimensional Tolerance | +0.1/-0.1 |
| Surface quality | 10/5 Scratch/Dig per MIL-O-13830B |
| Flatness | l/10 at 633 nm |
| Clear Aperture | > Central 90% |
| Parallelism | < 10 arc sec. |
R/AR Coating:S1: HR@1064&532nm HT@808nm S2: AR@1064&532nm AR/AR Coating: S1: AR@1064nm&532nm HT@808nm S2: AR@1064&532nm Nd:GdVO4 long rods