Progreso de la investigación de cristales láser de infrarrojo medio - Parte 05

1. 3 cristales láser de 2 ~ 3 μ m dopados con Cr ²⁺

La luminiscencia del infrarrojo medio de los iones de metales de transición (Ni ²⁺, compañía²⁺, Cr²⁺, fe²⁺, etc.) se basa en 3d→transiciones 3d. De acuerdo con los diferentes tipos de sitios ocupados por iones de metales de transición en el material huésped, se pueden dividir en dos categorías: ocupando sitios octaédricos con simetría de inversión (como: Ni²⁺, CO2 ⁺haluros dopados); Sitios tetraédricos simétricos (tales como: Ni ²⁺, compañía²⁺, Cr ²⁺, fe²⁺compuestos dopados II-VI). Entre ellos, los iones de metales de transición que ocupan el sitio octaédrico, debido a la influencia de la simetría de inversión del sitio, la transición del dipolo eléctrico está parcialmente prohibida, por lo tanto, muestra una fuerza de oscilador más baja y una vida útil más larga, y una absorción de estado excitado grave, generalmente necesita operar a baja temperatura Sin embargo, los iones de metales de transición que ocupan sitios tetraédricos tienen una alta fuerza de oscilación y una vida útil corta porque los sitios no tienen simetría de inversión. Al mismo tiempo, debido a la fuerza del campo cristalino relativamente débil del sitio tetraédrico, la división del nivel de energía de los iones de metales de transición en este sitio es relativamente pequeña, por lo que se puede obtener una luminiscencia del infrarrojo medio de longitud de onda más larga. Además, la energía de fonones de los materiales semiconductores II-VI es extremadamente baja (por ejemplo, la energía de fonones de ZnSe es de 250 cm ^-1), lo que reduce en gran medida la probabilidad de transición no radiativa y mejora la eficiencia cuántica de fluorescencia. Similar al zafiro de titanio, generalmente tiene una sección transversal de emisión muy grande.pag_en  (10 ^-18 cm ²). Debido a las ventajas únicas antes mencionadas, los materiales semiconductores II-VI dopados con iones de metales de transición, especialmente binarios (ZnSe, ZnS, CdSe, CdS, ZnTe) y ternarios (CdMnTe, CdZnTe, ZnSSe) dopados con Cr²⁺o Fe ²⁺CLos cristales de halcogenuro son actualmente el foco de investigación de los materiales láser de infrarrojo medio dopados con iones de metales de transición. cr²⁺-cristales láser dopados en los 2~3metrom son generalmente bombeados por fibra Tm o resonancia láser de estado sólido. En 2015, Mirov utilizó un láser de fibra Tm para bombear de forma resonante cristales de Cr:ZnSe para obtener una salida de láser continua de 30 W y una eficiencia de pendiente del 50 %.

El acoplamiento espín-órbita y el efecto Jahn-Teller promueven aún más la división del nivel de energía, junto con el fuerte acoplamiento electrón-fonón, que amplía enormemente el ancho espectral de Cr ²⁺ y Fe ²⁺ , y aumenta el desplazamiento de Stokes entre el espectro de absorción y el espectro de emisión.  Es debido a los factores anteriores que Cr ²⁺ , Fe ²⁺ Los cristales y las cerámicas dopadas del grupo II-VI se convierten en excelentes materiales láser de infrarrojo medio sintonizables y ultrarrápidos de 2 ~ 5 μ m. En 2015, Mirov logró una salida láser ultrarrápida bloqueada en modo Cr:ZnSe con una longitud de onda máxima de 2 ~ 3 μm , una potencia de salida máxima de 1 GW y un ancho de pulso de menos de 44 fs.

La principal tendencia en el futuro: similar al zafiro de titanio, Cr ²⁺ los cristales láser dopados en la banda de 2~3 μm generalmente tienen una sección transversal de emisión muy grande σ _em (10 ^-18 cm ² ), pero la vida útil del nivel superior de energía es corta (fs), lo que no favorece el almacenamiento de energía. Su dirección principal es el desarrollo de láseres ultracortos y ultraintensos con mayor potencia máxima.