Forschungsfortschritt von Laserkristallen im mittleren Infrarotbereich – Teil 09

Abschluss

Unter Berücksichtigung umfassender Faktoren wie breite Absorptionsbandbreite, großer Absorptionsquerschnitt, lange Lebensdauer des oberen Energieniveaus (ms bis mehrere zehn ms) (siehe Tabelle 2), Ionenkreuzrelaxation, erhöhte Quanteneffizienz und ausgereifte LD-Pumpquelle, Tm ³⁺  im 2  μ m  Band, Ho ³⁺  und Er ³⁺  im 3 μm -Band muss eine der wichtigsten und grundlegendsten Laserquellen im mittleren Infrarotband von 2 bis 20 μm sein und wird mit Nd ³⁺ konkurrieren  und Yb ³⁺  im 1 μm -Band. Ähnliches gilt für die Dotierung von YAG, YVO ₄ , YLF, YAP und KYW mit Nd ³⁺  oder Yb ³⁺  Als Laserquelle im 1- μm -Band sollte der Erforschung grundlegender Matrixmaterialien wie YAG und CaF ₂ besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden  (SrF ₂ ), YLF, CYA (CGA) oder Sesquioxidkristalle (und Keramik), dotiert mit Tm ³⁺  und Ho ³⁺  im 2 μm -Band und Er ³⁺  im 3 μm -Band.

Die Entwicklung ultrakurzer und ultraintensiver Laser in den letzten 30 Jahren umfasst hauptsächlich drei Wellenbänder: 0,8 μm , 1–1,5 μm und 2–5 μm . Die von Sibbet erfundene Kerr-Linsen-Modenkopplungstechnologie hat einen grundlegenden Beitrag zur Entwicklung des ultraschnellen 0,8- μm -Ti:Saphir-Lasers geleistet. Der von Keller erfundene halbleitersättigbare Absorberspiegel (SESAM) hat die schnelle Entwicklung und praktische Anwendung von Nd ³⁺ vorangetrieben  und Yb ³⁺  Ultraschnelle Laser im 1-1,5 μm -Band. Durch die Chirped Pulse Amplification (CPA)-Technologie wurden im nahen Infrarot ultrahohe Spitzenleistungen von 1 PW bis 10 PW erreicht. Im Nahinfrarotband gibt es bereits sehr ausgereifte SESAMs, die die Anforderungen modengekoppelter Laser erfüllen können. Allerdings führt das herkömmliche SESAM (In x Ga _{1- x} As-Quantentöpfe, die auf dem GaAs-Substrat gewachsen sind) _im mittleren Infrarotband aufgrund des hohen Indiumgehalts zu einer Gitterfehlanpassung mit dem GaAs-Substrat, wodurch das mittlere Infrarot-SESAM entsteht Arbeit instabil und leicht zu zerstören. Lange Zeit war der Mangel an zuverlässigen sättigbaren Absorptionsspiegeln im mittleren Infrarot der Hauptgrund für die Einschränkung der Wellenlängenerweiterung und die breite Anwendung modengekoppelter Laser im mittleren Infrarot. In den letzten Jahren wurden zweidimensionale Materialien mit geringer Lücke wie Quantenpunkte, schwarzer Phosphor und Graphen in die Erzeugung von Lasern im mittleren Infrarotbereich eingeführt, beispielsweise Tm ³⁺ , Er 3+ , Dy ^{3+ oder} Fe ^{2 +}  dotierte Faser- oder modengekoppelte Laser, die bei 2,3 μm , 2,8 μm , 3,1 μm , 3,5 μm und 4,4 μm arbeiten . Gleichzeitig werden ultraschnelle Festkörperlaserquellen immer häufiger in Bereichen wie Starkfeldphysik, optische Frequenzkämme, ultraschnelle Spektroskopie, Infrarotdetektion, ultraschnelle optische Kommunikation, militärische Gegenmaßnahmen, Biomedizin, Bildgebung und Industrie eingesetzt wird bearbeitet.

Die oben genannten Kristalle, die direkt eine Laserleistung im mittleren Infrarotbereich (2–5 μm ) erzeugen können, sind mit dielektrischen Materialien wie optischen Glasfasern, transparenter Keramik und Halbleitern sowie der Summenfrequenz zweiter Ordnung, der Differenzfrequenz usw. kompatibel. Die optische parametrische Oszillation und die nichtlinearen Frequenzumwandlungstechnologien dritter Ordnung wie die stimulierte Raman-Streuung werden gemeinsam die zukünftige Entwicklung der Festkörperlasertechnologie im mittleren und fernen Infrarot vorantreiben.