Progreso de la investigación de cristales láser de infrarrojo medio - Parte 03

Tm ³⁺ tiene una fuerte absorción cerca de ~790 nm y una gran sección transversal de absorción, por lo que el LD comercial de ~790 nm se puede usar directamente como fuente de bombeo. Otra característica y ventaja de esta banda es que existe un proceso de transferencia de energía de relajación cruzada ( C R) entre los iones Tm ³⁺ :

Tm ³⁺: ³H ₄ +   Tm ³⁺ : ³ H ₆ →   Tm ³⁺: ³F ₄ + Tm ³⁺: ³F ₄

En la Figura 3 , una partícula en el estado fundamental ^{de 3}H ₆absorbe un fotón de ~790 nm, se excita al nivel de energía de ³ H ₄ y luego pasa al nivel de energía de ³F ₄a través de una transición no radiativa, y el la energía liberada al mismo tiempo hace que otra partícula en el estado fundamental ³ H ₆se excite al nivel de energía ³F ₄ y remita la luz. De esta manera, la eficiencia cuántica máxima teórica de Tm ³⁺puede alcanzar el 200 %, y la eficiencia de la pendiente del láser continuo puede superar el 40 % (determinada por los defectos cuánticos).

Independientemente del campo débil o el campo fuerte, ya sea energía de fonón baja o energía de fonón, si es una red ordenada o desordenada, si es de un solo componente o de múltiples componentes, desde el fluoruro hasta una serie de cristales anfitriones como los óxidos han alcanzado Tm ³⁺ salida láser a ~ 2 μ m .   Los ejemplos típicos son YLiF ₄ (YLF), LiLuF ₄ (LLF), CaF ₂ , SrF ₂, Y ₃Al ₅O ₁₂ (YAG), YAlO ₃(YAP), KY(WO ₄) ₂ (KYW), CaYAlo ₄(CYA), CaGdAlO ₄(CGA), Lu ₂ O ₃(monocristal y cerámica), etc.

En función de diferentes entornos de campo de cristal y la división del nivel de energía de Stark, se ha adquirido una salida de láser CW con diferentes longitudes de onda en el rango de 1,817 ~ 2,14 μm, desde un campo débil hasta un campo fuerte, mediante el uso de varillas , discos o placas de cristales láser . El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) de los Estados Unidos propuso el concepto de desarrollar un dispositivo láser PW de alta tasa de repetición con una potencia de salida promedio de 300 kW basada en Tm:YLF con un diámetro de 4 pulgadas . En 2010, Ehrenreich et al. usó 12 canales de LD de 790 nm para ^bombear fibra de vidrio dopada Tm 3+ y logró una salida de láser continuo de 2,045 μ m con una eficiencia de pendiente del 53 % y una potencia de salida de más de 1 kW. En 2018, Su Liangbi, Liu Jie, etc. utilizaron cristales de bombeo LD Tm, La: CaF ₂para lograr una salida de láser de 1,92 μ m con la mayor eficiencia de pendiente del 67,8 % , que es el valor más alto registrado en todo el mundo hasta ahora para LD bombeado Tm ³⁺ Láseres de estado sólido de ~2 μ m.