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科研计算器 | Nd：YAG晶体吸收 系数和吸收率
2024.12.13

引言：




在现代激光技术与光学材料领域，Nd因其卓越的光学性能和热稳定性，广泛应用于高功率激光器、医疗设备及科研仪器中。准确计算Nd的吸收系数对于优化激光器性能、提升能量转换效率具有至关重要的意义。本文将解析Nd吸收系数计算器的网页源代码，介绍其基本概念、计算公式，并指导用户如何使用这一在线工具，以助科研人员和工程师高效完成相关计算。
 

概念：




吸收系数（α）是衡量材料吸收光能能力的重要参数，单位通常为cm-1。对于Nd这样的激光增益介质，吸收系数决定了激光泵浦光在材料中的吸收效率，进而影响激光器的输出功率和整体效率。
吸收率（Absorption Rate）表示光在材料中被吸收的百分比，反映了材料对光能的利用程度。高吸收率意味着更多的泵浦能量被有效吸收，从而提升激光器的性能和稳定性。
 

计算公式：




Nd吸收系数的计算基于以下公式：
 

1.吸收系数（α）的计算：
α=σαxNg

其中：
· σα为吸收截面，单位为cm²（典型值为1.0 × 10-20 cm²）。
· Ng为掺杂浓度，单位为atoms/cm³。

 

2.掺杂浓度（Ng）的计算：


其中：
· density 为YAG的密度，约为4.56 g/cm³。
· NA为阿伏伽德罗常数，约为6.02 × 10²³ mol-1。
· dopingLevel 为掺杂浓度，以原子百分比（at.%）表示。
· 分母部分为YAG晶体中各元素的摩尔质量总和（Y: 88.9 g/mol, Al: 27 g/mol, O: 16 g/mol）。
 

3.吸收率（Absorption Rate）的计算：
Absorption Rate =（1-e-αxcrystalThickness）x100%
其中：
· crystalThickness 为晶体厚度，单位为厘米（cm）。
 

 

 

 

实例分析：




假设我们有以下参数：

  • 掺杂浓度 dopingLevel=0.50%

  • 晶体厚度 crystalThickness=1.00cm
     


计算步骤：


 

1.掺杂浓度转换：

2.计算掺杂浓度（Ng）：

 

3.计算吸收系数（α）：
α=σαxNg=1x10-20x6.89x1019=0.6928cm-1

4.计算吸收率：
Absorption Rate -（1-e-0.6928x1）x100%≈（1-0.5）x100%=50%
 

 

结果：
· 吸收系数（α）：0.69 cm⁻¹
· 吸收率：50.0%


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