English
Deutsch
Español
Français
Прогресс в исследованиях лазерных кристаллов среднего инфракрасного диапазона. Часть 6
1. 4 ~ 3 мкм лазерных кристаллов, легированных Er 2+, U 4+ , Ho 3+, Dy 3+
Подобно полосе 2 мкм ( 3F 4→ 3 H 6) Tm 3+, существует процесс передачи энергии с повышением уровня (Energy transfer up - conversion, ETU) между ионами Er 3+ и кросс-релаксация процесс:
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)
Среди них процесс преобразования энергии с повышением частоты ETU1 может быстро потреблять количество частиц Er 3+ионна энергетическом уровне4я13/2 (более низкий уровень лазерной энергии), и половина частиц, подвергшихся этому процессу, преобразуется с повышением частоты в Er3+ионна энергетическом уровне4я9/2, а потомидтичерез Мульти-процесс фононной релаксации,окончательноцикл второй Er3+ионна энергетическом уровне4я11/2 (верхнийлазеруровень энергии). Эти частицы, которые циклически переходят с нижнего энергетического уровня на верхний энергетический уровень лазер может излучать 3мm лазерных фотонов через стимулированное излучение снова. Для большого количества частиц, участвующих в этом процессе преобразования энергии с повышением частоты, физический процесс поглощения только одной накачкив фотон и испустив два 3мm лазерных фотонов. Когда предполагается, что ЭТВ процесс происходит только в нижнемлазеруровень энергии и внутренние потери резонатора лазера равны нулю, эффективность наклона лазера может достигать удвоенной эффективности Стокса. Конечно, из-за существования ETВ2 и внутренние потери в резонаторе лазера, фактическая эффективность наклона лазера не может достигать удвоенной эффективности Стокса. Но коэффициент передачи энергии ЭТU1процесс выше, чем у ЭТВ2 процесс.
Кроме того, время жизни верхнего уровня 4 I 11/2Er 3+( 4 I 11/2→ 4I 13/2) в полосе 3 мкм короче, чем у нижнего уровня 4 I 13/2, относящегося к переходу «самоограничение». Вероятность передачи энергии между ионами ( P SA) равна:
P SAпрямо пропорциональна интегралу перекрытия спектра испускания и спектра поглощения и обратно пропорциональна расстоянию между частицами R 6. Следовательно, можно использовать высококонцентрированное легирование для повышения вероятности передачи энергии между ионами для улучшения процесса ETU1 или использовать совместно легированные дезактивированные ионы Pr 3+ для уменьшения времени жизни нижнего энергетического уровня и достижения эффекта более низкой энергии. деактивация уровня. В 2018 году Су Лян-би и соавт. использовали эффект «агломерации» Er 3+и «двухфотонное» излучение с преобразованием с повышением частоты в кристаллах фторидов щелочноземельных металлов, чтобы сделать академическую идею о том, что эффективность наклона лазера может превышать эффективность Стокса. Используя кристалл Er:SrF 2-CaF 2 с низкой концентрацией легирования (4 ат.%), был реализован выход непрерывного лазера в полосе 2,7 мкм с дифференциальной эффективностью 41 % и мощностью 1,06 Вт, что также является самая высокая эффективность наклона, зарегистрированная до сих пор в мире для всей твердотельной накачки LD в этом диапазоне. Несмотря на то, что были сообщения о выходе мощного непрерывного лазера и большом количестве коротких импульсов с модуляцией добротности в кристаллах, легированных Er 3+ в диапазоне 3 мкм , не было сообщений о выходе лазера с синхронизацией мод ps или fs, поэтому далеко.
В 1995 г. Луи и соавт. впервые в кристалле U:YLF достигнут непрерывный выходной сигнал 2,8 мкм , время жизни верхнего энергетического уровня лазера достигло 310 мкс , поперечное сечение усиления достигло 3,2 × 10 -19 см 2 , а спектральная Коэффициент качества U:YLF составил 9,920 × 10 -17см 2· мкс , что свидетельствует о потенциальных перспективах развития U 4+в диапазоне ~ 3 мкм . В 2005 году Су Лян-би использовал LD 980 нм для накачки кристалла U 3+:CaF 2 для получения широкополосного флуоресцентного излучения 2,0 ~ 2,8 мкм , а ширина флуоресценции на полувысоте достигла 231 нм, но в последующем не было никаких отчетов о выходе лазера.
