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Forschungsfortschritt von Laserkristallen im mittleren Infrarotbereich – Teil 06
1. 4 ~ 3 μm Laserkristalle dotiert mit Er 2 +, U 4+ , Ho 3 +, Dy 3+
Ähnlich wie im 2 μm -Band ( 3F 4→ 3 H 6) von Tm 3+gibt es einen Energietransfer-Up - Conversion-Prozess (Energy Transfer Up - Conversion, ETU) zwischen Er 3+ -Ionen und die Kreuzrelaxation Verfahren:
ETU1 (Er 3+: 4I 13/2+ Er 3+: 4I 13/2→ Er 3+: 4I 9/2+ Er 3+: 4I 15/2)
ETU2 (Is 3+: 4I 11/2+ Is 3+: 4I 11/2→ Is 3+: 4F 7/2+ Is 3+: 4I 15/2)
Darunter der Energieübertragungs-Up-Conversion-Prozess ETU1 kann die Anzahl der Er 3+ -Partikel schnell verbrauchenIonauf energetischer Ebene4ICH13/2 (niedrigeres Laserenergieniveau) und die Hälfte der Partikel, die diesen Prozess durchlaufen haben, wird zu Er hochkonvertiert3+Ionauf energetischer Ebene4ICH9/2, und danngehendurch Multi-Phononenrelaxationsprozess,EndlichZyklus zwei Er3+Ionauf energetischer Ebene4ICH11/2 (Oberer, höherLaserEnergielevel). Diese Teilchen kreisen vom niedrigeren Energieniveau aus bis zum oberen Energieniveau kann der Laser 3 emittierenMm Laserphotonen durch stimulierte Strahlung wieder. Für eine große Anzahl von Teilchen, die an diesem Aufwärtskonvertierungsprozess der Energieübertragung beteiligt sind, absorbiert der physikalische Prozess nur eine Pumpebei Photon und emittiert zwei 3Mm Laserphotonen realisiert. Wenn angenommen wird, dass der ETIN Der Prozess findet nur unten stattLaserWenn das Energieniveau und der interne Verlust des Laserresonators Null sind, kann die Lasersteilheitseffizienz das Doppelte der Stokes-Effizienz erreichen. Natürlich aufgrund der Existenz des ETIN2-Prozess und dem internen Verlust des Laserhohlraums kann die tatsächliche Lasersteilheitseffizienz nicht das Doppelte der Stokes-Effizienz erreichen. Aber der Energieübertragungskoeffizient von ETU1Der Prozess ist höher als der von ETIN2 Prozess.
Darüber hinaus ist die Lebensdauer der oberen Ebene 4 I 11/2von Er 3+( 4 I 11/2→ 4I 13/2) im 3 μm -Band ist kürzer als das des unteren Niveaus 4 I 13/2, das zum „Selbstterminierungs“-Übergang gehört. Die Energieübertragungswahrscheinlichkeit zwischen Ionen ( P SA) beträgt:
P SAist direkt proportional zum überlappenden Integral des Emissionsspektrums und des Absorptionsspektrums und umgekehrt proportional zum Partikelabstand R 6. Daher kann eine Dotierung mit hoher Konzentration verwendet werden, um die Energieübertragungswahrscheinlichkeit zwischen Ionen zu erhöhen und so den ETU1-Prozess zu verbessern, oder co-dotierte deaktivierte Ionen Pr 3+ werden verwendet, um die Lebensdauer des niedrigeren Energieniveaus zu verkürzen und den Effekt einer niedrigeren Energie zu erzielen Level-Deaktivierung. Im Jahr 2018 haben Su Liang-bi et al. nutzten den Er 3+-„Agglomerations“-Effekt und die Up-Conversion-Emission „Zwei-Photonen“ in Erdalkalifluoridkristallen, um die akademische Idee zu verwirklichen, dass die Lasersteilheitseffizienz die Stokes-Effizienz übersteigen könnte. Durch die Verwendung von Er:SrF 2-CaF 2-Kristallen mit niedriger Dotierungskonzentration (4 Atom-%) wurde eine CW-Laserleistung im 2,7 μm -Band mit einer Steigungseffizienz von 41 % und einer Leistung von 1,06 W realisiert, was auch der Fall ist weltweit höchste Steigungseffizienz für alle Festkörper-LD-Pumpen in diesem Band. Obwohl es Berichte über Hochleistungs-CW-Laserausgänge und eine große Anzahl gütegeschalteter kurzer Impulse in Er 3+-dotierten Kristallen im 3 μm -Band gibt, gibt es keinen Bericht über modengekoppelte ps- oder fs-Laserausgänge weit.
Im Jahr 1995 stellten Louis et al. erreichte zum ersten Mal eine kontinuierliche Laserleistung von 2,8 μm im U:YLF-Kristall, die Lebensdauer des oberen Energieniveaus des Lasers betrug bis zu 310 μs , der Verstärkungsquerschnitt betrug bis zu 3,2 × 10 –19 cm 2 , und die spektrale Der Qualitätsfaktor von U:YLF betrug 9,920 × 10 -17cm 2· μ s, was auf die potenziellen Entwicklungsaussichten von U 4+im ~ 3 μm -Band hinweist. Im Jahr 2005 verwendete Su Liang-bi 980 nm LD, um U 3+:CaF 2 -Kristalle zu pumpen, um eine breitbandige Fluoreszenzemission von 2,0 bis 2,8 μm zu erzeugen, und die Fluoreszenz-FWHM erreichte 231 nm, es gab jedoch keinen weiteren Bericht über die Laserleistung.
