Прогресс в исследованиях лазерных кристаллов среднего инфракрасного диапазона. Часть 9

Заключение

Принимая во внимание всесторонние факторы, такие как широкая полоса поглощения, большое поперечное сечение поглощения, длительное время жизни верхнего энергетического уровня (от мс до десятков мс) (см. Таблицу 2), ионная кросс-релаксация, повышенная квантовая эффективность и зрелый источник накачки LD, Tm ³⁺  во 2  мк м  полоса, Хо ³⁺  и Эр ³⁺  в диапазоне 3 мкм должен быть одним из важнейших и основных лазерных источников в среднем инфракрасном диапазоне от 2 до 20 мкм и будет конкурировать с Nd ³⁺  и Yb ³⁺  в диапазоне 1 мкм . Подобно тому, как уделялось внимание легированию YAG, YVO ₄ , YLF, YAP и KYW с помощью Nd ³⁺  или Yb ³⁺  в качестве лазерного источника диапазона 1 мкм особое внимание следует уделить исследованиям основных матричных материалов, таких как YAG, CaF ₂  (SrF ₂ ), YLF, CYA (CGA) или кристаллы полуторного оксида (и керамика), легированные Tm ³⁺  и Хо ³⁺  в полосе 2 мкм и Er ³⁺  в диапазоне 3 мкм .

Развитие сверхкоротких и сверхинтенсивных лазеров за последние 30 лет в основном включает три диапазона длин волн: 0,8 мкм , 1–1,5 мкм и 2–5 мкм . Технология синхронизации мод линз Керра, изобретенная Sibbet, внесла фундаментальный вклад в разработку сверхбыстрого лазера на Ti:Sapphire 0,8 мкм . Полупроводниковое насыщающееся поглощающее зеркало (SESAM), изобретенное Келлером, способствовало быстрому развитию и практическому применению Nd ^3+.  и Yb ³⁺  сверхбыстрые лазеры в диапазоне 1-1,5 мкм . Сверхвысокие пиковые мощности от 1 ПВт до 10 ПВт были достигнуты в ближней инфракрасной области с помощью технологии усиления чирпированных импульсов (CPA). В ближнем инфракрасном диапазоне уже есть очень зрелые SESAM, которые могут удовлетворить требования лазеров с синхронизацией мод. Однако в среднем ИК-диапазоне традиционный SESAM (квантовые ямы In _x Ga _{1- x} As, выращенные на подложке GaAs) вызовет несоответствие решетки с подложкой GaAs из-за требований к высокому содержанию индия, что делает SESAM среднего ИК-диапазона работают нестабильно и легко разрушаются. В течение долгого времени отсутствие надежных насыщающихся поглощающих зеркал среднего ИК-диапазона было основной причиной ограничения расширения длины волны и широкого применения лазеров среднего ИК-диапазона с синхронизацией мод. В последние годы двумерные материалы с малым зазором, такие как квантовые точки, черный фосфор и графен, были введены в генерацию лазеров среднего инфракрасного диапазона, таких как Tm ³⁺ , Er 3+ , Dy ^{3+ или} Fe ^{2 +}  легированное волокно или лазеры с синхронизацией мод, работающие на длинах волн 2,3 мкм , 2,8 мкм , 3,1 мкм , 3,5 мкм и 4,4 мкм . В то же время полностью твердотельные сверхбыстрые лазерные источники все больше и больше используются в таких областях, как физика сильного поля, оптические частотные гребенки, сверхбыстрая спектроскопия, инфракрасное обнаружение, сверхбыстрая оптическая связь, военные меры противодействия, биомедицина, визуализация и промышленные исследования. обработка.

Вышеупомянутые кристаллы, которые могут непосредственно производить излучение лазера в среднем инфракрасном диапазоне (2–5 мкм ), будут совместимы с диэлектрическими материалами, такими как оптические стеклянные волокна, прозрачная керамика и полупроводники, а также с суммарной частотой второго порядка, разностной частотой, оптические параметрические колебания и технологии нелинейного преобразования частоты третьего порядка, такие как вынужденное комбинационное рассеяние, будут совместно способствовать будущему развитию полностью твердотельных лазерных технологий среднего и дальнего инфракрасного диапазонов.