Progreso de la investigación de cristales láser de infrarrojo medio - Parte 04

1. 2   ~ Cristales láser de 2,3 μ m dopados con Tm ³⁺

En comparación con la banda ^de 2 μm (3 F ₄ → ³H ₆ ) de Tm ³⁺, la operación del láser de 2,3 μm basada en la transición ³ H ₄ → ³H ₅^del medio láser dopado Tm 3+ tiene las siguientes ventajas :

(1) ~790 nm LD se bombea directamente al nivel de energía superior del láser. Tm ³⁺ tiene una fuerte absorción alrededor de 790 nm (correspondiente directamente a la transición ³ H ₄ → ³H ₆), que puede coincidir con la longitud de onda de emisión del LD de AlGaAs comercial maduro actual, para realizar un bombeo de LD de alto rendimiento todo- Operación láser de estado sólido de alta eficiencia de 2,3 μm .

(2) Operación láser de cuatro niveles a temperatura ambiente. El nivel de energía de ³H ₅ se ubica en ~ 9 000 cm ^-1 por encima del estado fundamental ³H ₆, que es una operación de cuatro niveles sin reabsorción . Tiene un efecto de temperatura débil y puede funcionar a temperatura ambiente.

(3) En comparación con la banda de 2 μm , 2,3 μm se encuentra en la zona de absorción débil del agua, y la operación del láser se ve menos afectada por la humedad del aire circundante.

(4) Excelentes características espectrales. Tm ³⁺ tiene una gran sección transversal de emisión estimulada en la banda de 2,3 μm y un amplio ancho de banda de ganancia, que puede admitir la generación de pulsos bloqueados en modo de nivel fs. El espectro de fluorescencia Tm:YLF puede cubrir la banda de 2,2-2,45 μm , y la sección transversal de emisión estimulada en el pico es de 3,5 × ^10-20 cm ² a 2300 nm. La sección eficaz de la emisión estimulada en el pico Tm:YAG es de 4,4 × 10 ^-20 cm ²a 2300 nm y el ancho de banda alcanza los 50 nm. En 2019, los cristales Tm:YLF bombeados con LD lograron una salida de láser continuo de 1,15 W en la banda de 2,3 μm , pero la eficiencia de pendiente es baja ( ≤ 19 %). En 2020, Muti et al. usó 780 nm Ti- zafiro bombeado y Tm bloqueado en modo grafeno: KY ₃ F 10 , _paragenerar una salida láser ultrarrápida de 739 fs en la banda de 2,3 μ m .

En la actualidad, la investigación sobre el láser dopado Tm ³⁺se centra principalmente en la obtención de una salida láser de 2 μm de alta potencia y alta eficiencia (³ F ₄ → ³H ₆) . Hay menos  investigación sobre láser de 2,3 μm   (³ H ₄ → ³H ₅), y el progreso es relativamente lento .   L a calidad de la salida de 2,3 μm está muy por debajo de la banda de 2 μm , y la potencia de salida continua más alta del sistema de 2,3 μm con un solo dopado es de solo 2,6 W, por lo que hay mucho margen de mejora. El uso de LD para bombear directamente Tm ³⁺ medio sólido de ganancia de un solo dopado para generar un láser de 2,3 μ m de alta potencia y alta eficiencia es una importante dirección de investigación.