Прогресс в исследованиях лазерных кристаллов среднего инфракрасного диапазона. Часть 4

1. 2   ~ 2,3 мкм лазерные кристаллы, легированные Tm ³⁺

По сравнению с полосой 2 мкм ( ³ F ₄ → ³H ₆ ) Tm ³⁺ работа лазера с длиной волны 2,3 мкм , основанная на переходе ³ H ₄ → ³H ₅ лазерной среды, легированной Tm ³⁺ , имеет следующие преимущества: :

(1) ЛД ~790 нм напрямую накачивается на верхний энергетический уровень лазера. Tm ³⁺ имеет сильное поглощение около 790 нм (непосредственно соответствующее переходу ³ H ₄ → ³H ₆), что может соответствовать длине волны излучения современных коммерческих лазеров AlGaAs LD, чтобы реализовать высокоэффективную накачку LD все- твердотельный высокоэффективный лазер с длиной волны 2,3 мкм .

(2) Работа четырехуровневого лазера при комнатной температуре. Энергетический уровень 3 ^H₅ находится на уровне ~ 9 000 см ^{-1 .} над основным состоянием ³H ₆, которое представляет собой четырехуровневую операцию без реабсорбции . Обладает слабым температурным эффектом и может работать при комнатной температуре.

(3) По сравнению с полосой 2 мкм , 2,3 мкм находится в зоне слабого поглощения воды, и на работу лазера меньше влияет влажность окружающего воздуха.

(4) Отличные спектральные характеристики. Tm ³⁺ имеет большое поперечное сечение вынужденного излучения в диапазоне 2,3 мкм и широкую полосу усиления, которая может поддерживать генерацию импульсов с синхронизацией мод на уровне fs. Спектр флуоресценции Tm:YLF может охватывать полосу 2,2–2,45 мкм , а сечение стимулированного излучения в пике составляет 3,5 × ^10–20 см ² при 2300 нм. Сечение стимулированного излучения в пике Tm:YAG составляет 4,4 × 10 ^-20 см ²при 2300 нм, а ширина полосы достигает 50 нм. В 2019 году кристаллы Tm: YLF с LD-накачкой достигли непрерывной лазерной мощности 1,15 Вт в диапазоне 2,3 мкм , но эффективность наклона низка ( ≤ 19%). В 2020 году Мути и соавт. использовал Tm: KY 3 F ₁₀с накачкой Ti- сапфиром 780 нм и синхронизацией _мод графена для генерации сверхбыстрого лазерного излучения 739 фс в диапазоне 2,3 мкм .

В настоящее время исследования лазера, легированного Tm ³⁺, в основном сосредоточены на получении высокоэффективного мощного лазерного излучения с длиной волны 2 мкм (³ Ф ₄ → ³Н ₆) . Меньше  исследований лазера с длиной волны 2,3 мкм   (³ H ₄ → ³H ₅), и прогресс относительно медленный .   Качество выходного сигнала 2,3 мкм значительно отстает от диапазона 2 мкм , а максимальная непрерывная выходная мощность однолегированной системы 2,3 мкм составляет всего 2,6 Вт , так что есть много возможностей для улучшения. Использование ЛД для непосредственной ^{накачки} однократно легированной твердой усиливающей среды Tm 3+ для генерации мощного и высокоэффективного лазера с длиной волны 2,3 мкм является важным направлением исследований.