Progreso de la investigación de cristales láser de infrarrojo medio - Parte 06

1. 4  ~ cristales láser de 3 μ m dopados con Er ^{2 +}, U ⁴⁺ , ​​Ho ^{3 +}, Dy ³⁺ 

Similar a la banda de 2 μm ( ³F ₄→ ³ H ₆) de Tm ³⁺, hay un proceso de conversión ascendente de transferencia de energía (transferencia ascendente de energía , ETU ) ^entre los iones Er 3+ y la relajación cruzada proceso:

ETU1 (Er ³⁺: ⁴I _13/2+ Er ³⁺: ⁴I _13/2→   Er ³⁺: ⁴I _9/2+  Er ³⁺: ⁴I _15/2)

ETU2 (Es ³⁺: ⁴I _11/2+ Es ³⁺: ⁴I _11/2→   Es ³⁺: ⁴F _7/2+  Es ³⁺: ⁴I _15/2)

Entre ellos, el proceso de conversión ascendente de transferencia de energía ETU1  puede consumir rápidamente el número de partículas de Er ³⁺ionen el nivel de energía⁴I_13/2  (nivel de energía láser más bajo), y la mitad de las partículas que se han sometido a este proceso se convierten a Er³⁺ionen el nivel de energía⁴I_9/2, y luegoira través de múltiples-proceso de relajación de fonones,finalmenteciclo dos Er³⁺ionen el nivel de energía⁴I_11/2  (superiorlásernivel de energía). Estas partículas que circulan desde el nivel de energía más bajo al nivel de energía superior del láser puede emitir 3metrom fotones láser a través de la radiación estimulada de nuevo. Para una gran cantidad de partículas que participan en este proceso de conversión ascendente de transferencia de energía, el proceso físico de absorber solo una bombaen  fotón y emitiendo dos 3metrom fotones láser se realiza. Cuando se supone que la ETEN  El proceso solo ocurre en la parte inferior.láserel nivel de energía y la pérdida interna del resonador láser es cero, la eficiencia de la pendiente del láser puede alcanzar el doble de la eficiencia de Stokes. Por supuesto, debido a la existencia de la ETEN2 y la pérdida interna de la cavidad del láser, la eficiencia real de la pendiente del láser no puede alcanzar el doble de la eficiencia de Stokes. Pero el coeficiente de transferencia de energía de ETU1proceso es más alto que el de ETEN2 proceso.

Además, la vida útil del nivel superior ⁴ I _11/2de Er ³⁺( ⁴ I _11/2→ ⁴I _13/2)   en la banda de 3 μ m es más corta que la del nivel inferior ⁴ I _13/2, que pertenece a la transición de "autoterminación". La probabilidad de transferencia de energía entre iones ( P _SA) es:

PSA es directamente proporcional a la integral superpuesta del espectro de emisión y el espectro de absorción, y es inversamente proporcional a la distancia _R6 ^de la partícula . Por lo tanto, el dopaje de alta concentración se puede usar para aumentar la probabilidad de transferencia de energía entre iones para mejorar el proceso ETU1, o se pueden usar iones desactivados co-dopados Pr ³⁺ para reducir la vida útil del nivel de energía más bajo y lograr el efecto de energía más baja. desactivación de nivel. En 2018, Su Liang-bi et al. usó el efecto de "aglomeración" Er ³⁺ y la emisión de conversión ascendente "dos fotones" en cristales de fluoruro alcalinotérreos para hacer la idea académica de que la eficiencia de la pendiente del láser puede exceder la eficiencia de Stokes. Mediante el uso de cristal Er: SrF ₂-CaF ₂ con baja concentración de dopaje (4 at%), se ha logrado una salida de láser CW en la banda de 2,7 μ m con una eficiencia de pendiente del 41 % y una potencia de 1,06 W, que también es la la eficiencia de pendiente más alta reportada hasta ahora en el mundo para todo el bombeo de LD de estado sólido en esta banda. Aunque ha habido informes de salida de láser CW de alta potencia y una gran cantidad de pulsos cortos Q-switched en cristales dopados con Er ³⁺en la banda de 3 μm , no ha habido informes de salida de láser ps o fs con bloqueo de modo, por lo que lejos.

En 1995, Luis et al. logró una salida de láser continua de 2,8 μm en cristal U:YLF por primera vez, la vida útil del nivel de energía superior del láser fue tan alta como 310 μs , la sección transversal de ganancia fue tan grande como 3,2 × 10 ^-19 cm ² , y la espectral el factor de calidad de U:YLF fue de 9,920 × 10 ^-17cm ²· μ s, lo que indica las perspectivas de desarrollo potencial de U ⁴⁺en la banda de ~ 3 μ m. En 2005, Su Liang-bi usó LD de 980 nm para bombear cristal U ³⁺:CaF ₂ para producir una emisión de fluorescencia de banda ancha de 2,0 ~ 2,8 μ m, y la FWHM de fluorescencia alcanzó los 231 nm, pero no hubo un informe posterior sobre la salida del láser.