夏忠朝 羊富贵 乔 亮

(福建江夏学院，福州 350108)

(2012年12月10日收到;2013年2月25日收到修改稿)

1 引言

在固体激光中，稀土离子掺杂的激光占据绝大多数，其中，利用Nd3+离子掺杂产生1064 nm和倍频532 nm绿光已经获得了成熟广泛的应用，基于该波长的四能级理论模型也获得了比较成熟的研究和应用[1-4].

Yb3+是另外一种极有前途的稀土离子，拥有类似Nd3+的许多优点，并且其简单的二能级结构2F7/2和2F5/2使得Yb离子没有激发态吸收，没有常规上转换，没有浓度猝灭等独特的优势[5].Yb3+的吸收峰位于970—980 nm，可以利用半导体激光LD进行抽运，使得激光输出功率、效率更高，性能更稳定.Yb3+掺杂YAG，YLF，YVO4等晶体可以用来产生1020 nm左右的红外光，倍频产生的561 nm的生物医疗激光在细胞分离中具有重大的应用.

在Yb激光中，由于Yb本身只有两个能级，更接近准三能级理论模型，但相较于Nd，Tm等离子的准三能级具有不同的特点，探索基于Yb离子的准三能级激光模型对研究Yb激光具有重要意义.鉴于此，本文从麦克斯韦速率分布函数出发，建立基于Yb的准三能级理论模型，并将之应用于端抽运Yb：YVO4激光中，探索1020 nm激光的阈值特性.

2 理论模型和应用

首先我们需要先了解Yb离子的能级结构，这是建立模型的基础.由于基质晶体的不同，Yb离子上下两个能级的分裂情况也不同[6,7]，但总的来说，Yb离子能级分裂大概如图1所示.

如图所示，Yb上下两个能级在晶体场中发生分裂，基态能级分裂成4个能级，最下边用0表示的是虚拟基态，从该能级跃迁到2F5/2的0′的吸收峰位于……