Церий помог Nd:YAG-лазеру выдать 153 мДж вместо 72,8 мДж
Жёлтый стержень Nd:Ce:YAG в импульсном лазере дал 153 мДж против 72.8 мДж у ранее установленного Nd:YAG. Прирост в 2.10 раза получен при сохранении той же ламповой и резонаторной установки, однако опыт одновременно измеряет эффект легирования и разницу состояния двух кристаллов. Главный вопрос теперь задают спектр накачки, потери на торцах и возраст прежнего стержня.
В самодельном Q-switched лазере с импульсной лампой замена прежнего Nd:YAG-стержня на жёлтый Nd:Ce:YAG дала энергию одиночного импульса 153 мДж. Предыдущее измерение с обычным Nd:YAG составляло 72.8 мДж. Отношение результатов равно 2.10, прирост относительно исходной энергии — 110.2%. Установка предназначена для задач, близких к удалению татуировок, где требуется короткий мощный импульс на линии Nd:YAG около 1064 нм.
Эффект связывают с сенсибилизацией неодима ионами Ce3+. У Nd3+ полосы поглощения занимают ограниченные участки спектра, тогда как ксеноновая импульсная лампа выдаёт широкий спектр с заметной долей синего и ультрафиолетового излучения. Церий поглощает часть этой энергии, после чего возбуждение передаётся ионам Nd3+. В результате активная среда способна использовать большую долю спектральной мощности лампы. Жёлтая окраска стержня служит видимым следствием дополнительного поглощения Ce3+.
Сам механизм переноса Ce3+→Nd3+ исследован для Ce,Nd:YAG-керамик. В работе Optics Express 2024 года для состава с 0.3 ат.% Ce и 1.5 ат.% Nd сообщалась эффективность переноса 61.71% при комнатной температуре. Конкретный результат зависит от концентраций обоих легирующих элементов, качества кристалла, распределения поглощения по сечению стержня и режима накачки. Избыточное содержание церия способно добавить паразитные потери, нагрев и переabsorption, поэтому наличие Ce само по себе не задаёт фиксированного выигрыша.
Для ламповой накачки церий представляет интерес ещё по одной причине. Поглощение ультрафиолетовой части импульса может снизить поток, формирующий в YAG цветовые центры и ухудшающий пропускание активного элемента. Долговременное преимущество требует ресурсного испытания: нужны измерения спектра пропускания, энергии генерации и порога накачки по мере наработки лампы и стержня.
Полученные 153 мДж нельзя интерпретировать как универсальную характеристику Nd:Ce:YAG. В опыте сопоставлены новый легированный стержень и уже работавший Nd:YAG. У старого элемента могли измениться объёмные потери, качество полировки и просветляющих покрытий; вклад способны дать загрязнение торцов, различная геометрия, концентрация Nd и повторная юстировка резонатора. Для отделения вклада Ce потребуется сравнение двух новых стержней одинаковых размеров и покрытий при контролируемой электрической энергии лампы. Полезны также временная форма тока разряда, длительность лазерного импульса, серия точек по энергии накачки, профиль пучка и погрешность измерителя.
Ce:Nd:YAG уже рассматривается для солнечной накачки, где широкий спектр источника делает сенсибилизацию особенно привлекательной. Публикации показывают, что итог определяется всей оптической схемой и тепловым режимом: в отдельных конфигурациях обычный Nd:YAG давал большую выходную мощность. Ламповый опыт с удвоением энергии показывает почтий потенциал спектрального согласования, но оставляет открытым количественный вклад самого церия.