Forschungsfortschritt von Laserkristallen im mittleren Infrarot - Teil 03

Tm ³⁺ hat eine starke Absorption nahe ~790 nm und einen großen Absorptionsquerschnitt, sodass die kommerzielle LD von ~790 nm direkt als Pumpquelle verwendet werden kann. Ein weiteres Merkmal und Vorteil dieser Bande besteht darin, dass zwischen den Tm 3+ -Ionen ein Kreuzrelaxations( CR ⁾ -Energieübertragungsprozess stattfindet:

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

In Abbildung 3 absorbiert ein Partikel im ³H ₆-Grundzustand ein ~790-nm-Photon, wird auf das ³ H ₄ -Energieniveau angeregt und geht dann durch einen strahlungslosen Übergang auf das ³F ₄ -Energieniveau über gleichzeitig freigesetzte Energie bewirkt, dass ein anderes Teilchen im ³ H ₆ -Grundzustand auf das ³F ₄ -Energieniveau angeregt wird und Licht aussendet. Auf diese Weise kann die theoretische maximale Quanteneffizienz von Tm ³⁺200 % erreichen, und die Effizienz der kontinuierlichen Laserneigung kann 40 % übersteigen (bestimmt durch Quantendefekte).

Unabhängig von schwachem oder starkem Feld, ob es sich um eine niedrige Phononenenergie oder eine Phononenenergie handelt, ob es sich um ein geordnetes oder ungeordnetes Gitter handelt, ob es sich um eine Einzelkomponente oder eine Mehrkomponentenstruktur handelt, von Fluorid bis zu einer Reihe von Wirtskristallen wie Oxiden haben Tm erreicht ³⁺ Laserleistung bei ~ 2 μm .   Typische Beispiele sind YLiF ₄ (YLF), LiLuF ₄ (LLF), CaF ₂ , SrF ₂, Y 3 _Al5 _O12 (YAG), YAlO ₃(YAP), KY(WO ₄) ₂ (KYW), CaYAlO ₄(CYA), CaGdAlO ₄(CGA), Lu ₂ O ₃(Einkristall und Keramik), etc.

Basierend auf unterschiedlichen Kristallfeldumgebungen und Stark-Energieniveauaufspaltung wurde CW-Laserausgabe mit unterschiedlichen Wellenlängen im Bereich von 1,817 bis 2,14 μm von schwachem Feld bis starkem Feld unter Verwendung von Stäben, Scheiben oder Platten von Laserkristallen erfasst . Das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) der Vereinigten Staaten schlug das Konzept vor, ein PW-Lasergerät mit hoher Wiederholungsrate und einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von 300 kW basierend auf Tm:YLF mit einem Durchmesser von 4 Zoll zu entwickeln . 2010 stellten Ehrenreich et al. verwendeten 12 Kanäle von 790 nm LD, um mit Tm ³⁺ dotierte Glasfasern zu pumpen, und erreichten eine kontinuierliche Laserausgabe von 2,045 μm mit einer Steigungseffizienz von 53 % und einer Ausgangsleistung von mehr als 1 kW. Im Jahr 2018 verwendeten Su Liangbi, Liu Jie usw. LD-Pumpen von Tm, La: CaF ₂-Kristallen, um eine Laserleistung von 1,92 μm mit der höchsten Steigungseffizienz von 67,8 % zu erreichen , was der höchste bisher weltweit für LD gemeldete Wert ist gepumpt Tm ³⁺ ~2 μm Festkörperlaser.