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科研计算器 | Yb：YAG晶体吸收系数和吸收率

2024.11.20

引言：

在激光技术与光学材料领域，Yb因其优异的光学性能和热稳定性，广泛应用于高功率激光器和光学器件的设计中。准确计算Yb的吸收系数对于优化激光器性能、提升能量转换效率具有重要意义。本文将介绍Yb吸收系数的基本概念、计算公式，并介绍一个便捷的在线计算工具，帮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参数，单位通常为cm⁻¹ 。对于Yb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，提升了激光器的整体性能。

计算公式：

Yb吸收系数的计算基于以下公式：

1.吸收系数（α）的计算：α=σ_αxN_g
其中：

σ_α为吸收截面，单位为cm²（典型值为0.8 × 10^-20 cm²）。
N_g为掺杂浓度，单位为atoms/cm³。

2.掺杂浓度（N_g）的计算：

其中：

density 为YAG的密度，约为4.55 g/cm³。
N_A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：

其中：

crystalThickness 为晶体厚度，单位为厘米（cm）。

实例计算：

假设我们有以下参数：

掺杂浓度 dopingLevel=0.5%
晶体厚度 crystalThickness=1.0cm

1.掺杂浓度转换：

2.计算掺杂浓度（Ng）：

3.计算吸收系数（α）：

4.计算吸收率：

结果:

吸收系数（α）：0.55 cm⁻¹
吸收率：42.5%

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