Прогресс в исследованиях лазерных кристаллов среднего инфракрасного диапазона. Часть 08

1,5  ~ 4 мкм лазерные кристаллы, легированные Fe ²⁺

По сравнению с Cr:ZnSe, Fe:ZnSe имеет меньшую ширину запрещенной зоны и склонен к термически индуцированному многофононному гашению, поэтому как мощность, так и эффективность лазера низки. В 1999 году Адамс и соавт. реализована перестраиваемая длина волны 3,98-4,54  мкм при низкой температуре впервые в Fe: ZnSe, и получен выход лазера с эффективностью наклона 8,2%. При накачке лазером с примесью Er ³⁺ или Cr:ZnSe с длиной волны 2,7 мкм , длиной волны 4,0 мкм и мощностью 1 Вт при комнатной температуре были получены непрерывные лазерные лучи. В 2020 году Пушкин и др. использовали синхронизацию мод графена для достижения выходной мощности лазера 4,4 мкм с шириной импульса 732 фс. Это отчет о самом длинноволновом и самом короткоимпульсном лазерном выходе Fe ²⁺ , полученном до сих пор.

Основное направление развития в будущем: кристаллы II-VI групп ZnSe/ZnS, легированные Cr ²⁺ или Fe ²⁺ , как правило, имеют большое сечение эмиссии σ _em(10 ^-18 см ² ) , но верхний энергетический уровень жизни составляет короткий ( мкс ), что не способствует накоплению энергии. Это «титановый драгоценный камень» в среднем инфракрасном диапазоне, основным направлением которого является разработка сверхкоротких и сверхинтенсивных лазеров с более высокой пиковой мощностью. В будущем необходимо разработать высококачественный монокристалл (или прозрачную керамику).

1,6 Лазерные кристаллы размером более 4 мкм , легированные Dy ³⁺ , Er ³⁺ , Pr ³⁺

Потому чтоизв доминирование безызлучательный переход, кристаллы,можетполучить лазерный выходв возрасте старше 4 летмм в основном сосредоточены в галогенидах и соединениях серы (селена) с чрезвычайно низкой энергией фононов. В 1994 г. Боумен и соавт. Достигнуто мощность лазера 5,242мм с КПД 23% при низкой температуре 130 К в Pr:LaCl₃кристалл. я2013 г., Желинкова и соавт. достигнуто 4,32мmнепрерывный лазервыход в Dy:PbGa₂:С₄ кристаллс мощность 67 мВтиэффективность склонаиз8%. В 2005 году Боуман и др..достигнута мощность лазера 4,52мmв Er:KPb₂:Cl₅ кристалл с КПД 6,2%. В 2016 г. Желинкова и соавт. достигнута мощность лазера 5,4 мм при комнатной температуреиспользуя Dy: PbGa₂:С₄ кристаллы.

За исключением кристалла Fe:ZnSe (или прозрачной керамики), упомянутого в пункте 1.5 выше, коэффициент полезного действия других материалов ниже 10 %, или они должны работать при низкой температуре.

Основное направление развития в будущем: Помимо Fe:ZnSe, обладающего высокой мощностью и широкой перестройкой, и сверхбыстрых кристаллов (или прозрачной керамики), необходимо разрабатывать новыематрицакристаллы, легированные редкоземельными элементами, с низкой энергией фононов, высокой способностью накопления энергии и высоким поперечным сечением излучения, такие как PbGa₂:С₄, СаGa₂:С₄и галогениды и т. д. И продолжайте исследовать более длинные волны, такие как ~ 4,5мм Эр³⁺(⁴я_9/2→ ⁴я_11/2), ~4,6мм пр³⁺(³Ф₃→ ³_F6), ~4,8мм ТБ³⁺ (⁷Ф₅→ ⁷Ф₆), ~4,9мм Хо ³⁺ (⁵я₄→⁵я₅), ~5,1мя Nd³⁺ ( ⁴я_13/2→ ⁴я_11/2), ~5,4мм Dy³⁺ (⁶ЧАС_11/2→ ⁶ЧАС_13/2) , ~7,2мм пр³⁺ ( ³Ф₃→³Ф₂), и т. д.