Progreso de la investigación de cristales láser de infrarrojo medio - Parte 07

1. 4  Cristales láser de ~ 3 μ m dopados con Er ²⁺, U ⁴⁺ , ​​Ho ³⁺ , Dy ³⁺ 

Como ion activo, Ho ³⁺ha logrado una salida de láser en la banda de ~3 μ m ( ⁵I ₆→ ⁵I ₇). En 1976, los investigadores descubrieron por primera vez una salida láser de 2,9 μm en cristal Ho:YAP. En 1990, Bowman et al. obtuvo salidas de láser de 2,85 μm y 2,92 μm en cristales Ho:YAP, y obtuvo salidas de láser sintonizado en banda de 2,92 μm en cristales Ho:YAP al año siguiente. En 2017, Nie et al. bombeado Ho, Pr: LiLuF ₄  cristales con un láser de fibra Raman de 1 150 nm, logrando por primera vez una salida de láser de nivel de vatio de 2,95 μ m. En 2018, Zhang et al. obtuvo una salida de láser con una potencia promedio de 257 mW y una eficiencia de pendiente de 0.04% en cristales de Cr, Yb, Ho, Pr:GYSGG. En el mismo año, Nie et al. logró la potencia de salida de láser más alta de 1,27 W en Ho, Pr: YLiF ₄  cristal, y la eficiencia de la pendiente alcanzó el 28,3%. En 2004, Jackson et al. logró una salida de láser de 2,5 W en fibra de vidrio Ho, Pr:ZBLAN (fluoruro que contiene ZrF ₄, BaF ₂, LaF ₃, AlF ₃  y componentes NaF), con una eficiencia de pendiente del 29%. En 2014, Crawford et al. logró una salida de láser de 3,4 W y una eficiencia de pendiente del 20,9 % en una fibra de vidrio Ho:ZBLAN bombeada por un láser de fibra Raman.

Se logran efectos emocionantes de Dy ³⁺ como iones activos en fibras de vidrio óptico de fluoruro de baja energía de fonones (ZBLAN). En 2003, Jackson logró una salida de láser con una potencia de salida máxima de 275 mW y una eficiencia de pendiente del 4,5 % en Dy: ZBLAN. En 2016, Majewsky informó una salida de láser de 810 mW en una banda de 3,04 μm y una eficiencia de pendiente del 51 % mediante el uso de Dy: ZBLAN. En 2018, Woodward et al. Usó el bombeo resonante láser Er:ZBLAN de 2,83 μm para realizar la salida láser de la fibra Dy:ZBLAN en una banda de 3,15 μm con una potencia de salida de 1 060 mW y una eficiencia de pendiente de hasta el 73 %. Desafortunadamente, la salida del láser en la banda de 3 μm de los cristales láser dopados con iones Dy ³⁺ no se ha realizado hasta ahora.

Las principales tendencias de desarrollo en el futuro: (1) En la actualidad, los iones activados de tierras raras que pueden alcanzar 2.8-3.3metrom La salida del láser de infrarrojo medio a temperatura ambiente incluye principalmente Er³⁺, Ho ³⁺y Dy ³⁺, entre los cuales Er ³⁺es el más estudiado. Pero en condiciones generales, la mayor parte de la transición láser formada por el Er³⁺los iones activados son lineales y de longitud de onda corta. Pero la salida de bloqueo de modo del láser fs en Er³⁺vale la pena esperar. (2) En comparación, el número de electrones en la capa 4f de Ho³⁺y Dy³⁺es uniforme, y el nivel de energía de Stark que se divide en diferentes campos de cristal es diferente, lo que se ve relativamente afectado por el campo de cristal. Por tanto, el espectro de fluorescencia producido por los cristales láser dopados con Ho ³⁺y Dy³⁺en el rango de 2.8-3.3metrom es un espectro de banda ancha uniforme. Esto proporciona una salida de láser sintonizada (ultrarrápida) y conecta y expande el Er³⁺banda de onda a la dirección infrarroja. El desarrollo de cristales láser (clasificados por iones activos y longitudes de onda), a partir de Nd ³⁺y Yb³⁺con longitud de onda de 1metrom, Tm ³⁺y Ho³⁺con longitud de onda de 2metrom a Er ³⁺con longitud de onda de 2.6-2.8metrom, y luego a Ho³⁺con longitud de onda de 2.8-3.3metrom y Dy ³⁺, etc., continúan desarrollándose en la dirección del infrarrojo medio, que es la vanguardia del desarrollo de cristales láser. Es muy posible para Ho ³⁺y Dy ³⁺para lograr una salida láser de alta eficiencia en el rango de 2.8-3.3metrometro. La fibra de vidrio Ho: ZBLAN ha brindado una salida de láser con una eficiencia de pendiente del 21 %, la fibra de vidrio Dy: ZBLAN ha brindado una eficiencia de pendiente de bombeo resonante de hasta un 73 % de salida de láser. Pero la fibra de vidrio de fluoruro ZBLAN tiene muchas carencias, incluida la delicuescencia, el centro de color envejecido, es frágil y difícil de pulir y soldar, y la fibra de vidrio tiene una baja concentración de dopaje, un fuerte efecto no lineal y una baja capacidad de carga de energía. Por lo tanto, las aplicaciones de alta energía todavía están dominadas por láseres de estado sólido. Sin embargo, existen pocos estudios sobre Ho ³⁺-cristales dopados en el ~3metrobanda m, y la eficiencia de la pendiente es todavía demasiado baja para tener una aplicación práctica. Hasta el momento no hay ningún informe sobre la salida de láser de Dy ³⁺-cristales dopados en ~3metrom, lo que limita su aplicación en confrontación infrarroja direccional de alta energía, biomedicina, monitorización ambiental, etc. Sin embargo, merece la pena esperar el ~3metrosalida de láser de banda m obtenida por el Dy³⁺cristal láser dopado. (3) Considerando que la fuerza del oscilador de la transición del nivel de energía de los iones actínidos es generalmente de 1 a 2 órdenes de magnitud mayor que la de los iones lantánidos, U⁴⁺El dopaje es una especie de cristal láser con potencial de desarrollo y digno de atención en la banda del infrarrojo medio.