激光雷达一般用什么晶体

激光雷达的核心光源（激光器）有多种技术路线，常用晶体的选择取决于激光器类型和工作波长需求。最主要的晶体和材料包括：

Nd:YAG (掺钕钇铝石榴石):
- 这是目前工业界和许多高端固体激光雷达中最常用的激光晶体之一。
- 化学式：Nd³⁺:Y₃Al₅O₁₂。
- 产生波长为 1064 nm 的激光。这个波长在近红外波段，大气穿透性较好。
- 优点：效率较高、热导率高（散热好）、机械强度好、稳定性好，技术成熟可靠。
- 应用：广泛用于测绘、工业测量、机载/星载激光雷达等。通常需要与倍频晶体配合使用才能得到对人眼更安全的可见光或其它波长。
人眼安全波长晶体 (1550 nm 或 2 μm 波段):
- 随着对人眼安全要求提高（尤其是在民用、车载激光雷达领域），工作在1550 nm或2 μm左右的激光器变得越来越重要（这些波长不易被水分子吸收，对视网膜损伤阈值比1064 nm高很多）。
- 常用的晶体包括：
  - Er:YAG (掺铒钇铝石榴石): 产生1645 nm激光（有时也可在1550 nm附近工作）。
  - Tm:YAG / Ho:YAG (掺铥/钬钇铝石榴石): Tm:YAG常作泵浦源，Ho:YAG直接发射2.1 μm激光。或者使用 Tm,Ho:YLF。
  - Er或Tm掺杂的玻璃/光纤 (严格来说不是单晶，但增益介质功能类似): 在光纤激光器中广泛使用于1550 nm（掺铒Er）或2 μm（掺铥Tm）波段。虽然光纤本身通常是非晶态的玻璃（二氧化硅等），但其增益核心是掺杂了稀土离子（如铒、镱、铥）的玻璃区域。
用于频率转换的非线性晶体:
- 为了获得不同波长（特别是从红外转为可见光或其它红外波长），激光雷达光源中往往包含倍频（SHG）、和频（SFG）、光参量振荡（OPO）等非线性光学过程，这需要特定的非线性光学晶体。
- 常用晶体包括：
  - 磷酸钛氧钾 (KTiOPO₄ - KTP): 常用作Nd:YAG激光器的倍频器（532 nm）或用于光参量振荡。
  - 三硼酸锂 (LiB₃O₅ - LBO): 高功率下性能优异，常用于高功率Nd激光器的倍频（532 nm）、三倍频（355 nm）、甚至四倍频（266 nm）。
  - 铌酸锂 (LiNbO₃ - LN): 广泛应用于光参量振荡等频率转换过程。
  - 周期性极化铌酸锂 (PPLN - Periodically Poled LiNbO₃): LN的改进型，具有更高的转换效率和更灵活的波长调谐能力。
  - 磷酸二氢钾 (KH₂PO₄ - KDP) / *磷酸二氘钾 (KDP / KD₂PO₄)**: 也可用于倍频，但在激光雷达中不如KTP和LBO常用。
半导体激光器增益材料 (非单晶体):
- 成本敏感、中短距的激光雷达（如车载）大量使用直接半导体激光二极管(VCSEL / EEL) 作为光源。
- 其增益介质是基于化合物半导体材料的多层异质结量子阱结构（如砷化镓GaAs、磷化铟InP基底上的GaInAs/AlGaAs或InGaAsP/InP等），它们本身是晶体（通常是外延生长的薄膜），但一般不以块状单晶形态讨论。
- 工作波长集中在近红外波段，如905 nm（GaAs系）、1350 nm、1550 nm（InP系）。1550 nm常用于人眼安全设计。

总结来说：

经典主流选择：Nd:YAG 及其相关非线性频率转换晶体（KTP, LBO等）在特定领域（如测绘）仍是重要选择。
人眼安全趋势： 对于新兴应用尤其是车载激光雷达，1550 nm激光器是发展方向。其增益介质通常选用：
- 铒掺杂光纤（1550 nm）：最为流行，利用了掺铒光纤放大器。
- 铒掺杂或钬/铥掺杂晶体（1550 nm或2 μm）：在特定固态激光器设计中使用。
低成本/规模化方案： 直接半导体激光器（905 nm, VCSEL) 因其集成度高、成本低、易于调制，占据了消费电子和大量中短距车载雷达市场。其增益介质是半导体量子阱结构。

因此，“激光雷达一般用什么晶体”没有唯一答案，而是根据雷达用途（成本、人眼安全、距离、功率）、激光器类型（固体、光纤、半导体）和所需波长来决定。但可以说 Nd:YAG、掺铒光纤(非晶体)、用于频率转换的非线性晶体(KTP, LBO等) 以及人眼安全波长的铒/铥/钬掺杂材料（光纤或晶体） 是常见且关键的材料。