Forschungsfortschritt von Laserkristallen im mittleren Infrarotbereich – Teil 08

1.5  ~ 4 μm große Laserkristalle, dotiert mit Fe ²⁺

Im Vergleich zu Cr:ZnSe weist Fe:ZnSe eine kleinere Bandlücke auf und neigt zur thermisch induzierten Multiphononenlöschung, sodass sowohl die Laserleistung als auch die Effizienz gering sind. Im Jahr 1999 stellten Adams et al. realisierte die abstimmbare Wellenlänge von 3,98-4,54  μ m bei niedriger Temperatur zum ersten Mal in Fe:ZnSe und erzielte eine Laserleistung mit einer Steigungseffizienz von 8,2 %. Gepumpt mit einem mit Er ³⁺ dotierten oder Cr:ZnSe @ 2,7 μm -Laser wurden bei Raumtemperatur eine Wellenlänge von 4,0 μm und eine kontinuierliche Laserleistung auf 1 W-Niveau erzielt. Im Jahr 2020 haben Puschkin et al. verwendeten Graphen-Modenkopplung, um eine Laserleistung von 4,4 μm mit einer Pulsbreite von 732 fs zu erreichen. Dies ist der Bericht über die Laserleistung mit der längsten Wellenlänge und dem kürzesten Puls ^,die bisher von Fe 2 + erhalten wurde.

Der wichtigste Entwicklungstrend in der Zukunft: ZnSe/ZnS-Kristalle der Gruppe II-VI, dotiert mit Cr ²⁺ oder Fe ²⁺ , haben im Allgemeinen einen großen Emissionsquerschnitt σ _em(10 ^-18 cm ² ) , das obere Energieniveau ist jedoch lebensfähig kurz ( μ s), was der Energiespeicherung nicht förderlich ist. Es ist der „Titan-Edelstein“ im mittleren Infrarotband, die Entwicklung ultrakurzer und ultraintensiver Laser mit höherer Spitzenleistung ist die Hauptrichtung. In Zukunft müssen hochwertige Einkristalle (oder transparente Keramiken) entwickelt werden.

1.6 Über 4 μm große Laserkristalle dotiert mit Dy ³⁺ , Er ³⁺ , Pr ³⁺

Weilvonder Herrschaft der strahlungsloser Übergang, die Kristalle, diedürfenLaserleistung erhaltenmit über 4MM sind hauptsächlich in Halogeniden und Schwefelverbindungen (Selen) mit extrem niedriger Phononenenergie konzentriert. Im Jahr 1994 stellten Bowman et al. Erreicht Laserleistung von 5.242Mm mit einem Steigungswirkungsgrad von 23 % bei einer niedrigen Temperatur von 130 K in Pr:LaCl₃Kristall. ICHIm Jahr 2013 haben Jelinkova et al. erreichte 4,32MMDauerlaserAusgang in Dy:PbGa₂:S₄ Kristallmit Leistung von 67 mWUndSteigungseffizienzvon8 %. Im Jahr 2005 stellten Bowman et al.erreichte eine Laserleistung von 4,52MMin Er:KPb₂:Cl₅ Kristall mit einem Wirkungsgrad von 6,2 %. Im Jahr 2016 haben Jelinkova et al. erreichte eine Laserleistung von 5,4 Mm bei Raumtemperaturdurch die Nutzung Dy: PbGa₂:S₄ Kristalle.

Mit Ausnahme des oben unter 1.5 erwähnten Fe:ZnSe-Kristalls (oder der transparenten Keramik) liegt der Steigungswirkungsgrad anderer Materialien unter 10 % oder sie müssen bei niedrigen Temperaturen betrieben werden.

Der wichtigste Entwicklungstrend in der Zukunft: Neben Fe:ZnSe, das eine hohe Leistung aufweist und weitreichend abstimmbar ist, und ultraschnellen Kristallen (oder transparenten Keramiken) müssen neue Technologien entwickelt werdenMatrixMit Seltenerdelementen dotierte Kristalle mit niedriger Phononenenergie, hoher Energiespeicherfähigkeit und hohem Emissionsquerschnitt, wie z. B. PbGa₂:S₄, CaGa₂:S₄und Halogenide usw. Und erforschen Sie weiterhin längere Wellenlängen, wie etwa ~4,5Mm Ist³⁺(⁴ICH_9/2→ ⁴ICH_11/2), ~4,6Mm Pr³⁺(³F₃→ ³_F6), ~4,8Mm Tb³⁺ (⁷F₅→ ⁷F₆), ~4,9Mm Ho ³⁺ (⁵ICH₄→⁵ICH₅), ~5.1Mich Nd³⁺ ( ⁴ICH_13/2→ ⁴ICH_11/2), ~5.4Mm Dy³⁺ (⁶H_11/2→ ⁶H_13/2) , ~7.2Mm Pr³⁺ ( ³F₃→³F₂), usw.