Progrès de la recherche sur les cristaux laser dans l'infrarouge moyen - Partie 03

Tm ³⁺ a une forte absorption proche de ~ 790 nm et une grande section transversale d'absorption, de sorte que le LD commercial de ~ 790 nm peut être directement utilisé comme source de pompage. Une autre caractéristique et avantage de cette bande est qu'il existe un processus de transfert d' ^énergie par relaxation croisée ( C R ) entre les ions Tm 3+ :

Tm ³⁺: ³H ₄ +   Tm ³⁺ : ³ H ₆ →   Tm ³⁺: ³F ₄ + Tm ³⁺: ³F ₄

Dans la figure 3 , une particule dans l' état fondamental ³H ₆absorbe un photon d'environ 790 nm, est excitée au niveau d'énergie ³ H ₄ , puis passe au niveau d'énergie ³F ₄par une transition non radiative, et le l'énergie libérée en même temps ^provoque l'excitation d'une autre particule dans l'état fondamental 3 H ₆au niveau d'énergie ³F ₄ et renvoie la lumière. De cette façon, l'efficacité quantique maximale théorique de Tm ³⁺peut atteindre 200 %, et l'efficacité de la pente laser continue peut dépasser 40 % (déterminée par les défauts quantiques).

Indépendamment du champ faible ou du champ fort, qu'il s'agisse d'une faible énergie de phonon ou d'une énergie de phonon, qu'il s'agisse d'un réseau ordonné ou désordonné, qu'il soit à un seul composant ou à plusieurs composants, du fluorure à une série de cristaux hôtes tels que les oxydes ont atteint Tm ³⁺ sortie laser à ~ 2 μm .   Les exemples typiques sont YLiF ₄ (YLF), LiLuF ₄ (LLF), CaF ₂ , SrF ₂, Y ₃Al ₅O ₁₂ (YAG), YAlO ₃(YAP), KY(WO ₄) ₂ (KYW), CaYAlO ₄(CYA), CaGdAlO ₄(CGA), Lu ₂ O ₃(monocristal et céramique), etc.

Sur la base de différents environnements de champ cristallin et de la division du niveau d'énergie Stark, une sortie laser CW avec différentes longueurs d'onde dans la plage de 1,817 ~ 2,14 μm a été acquise, du champ faible au champ fort, en utilisant une tige , un disque ou une plaque de cristaux laser . Le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) des États-Unis a proposé le concept de développement d'un dispositif laser PW à taux de répétition élevé avec une puissance de sortie moyenne de 300 kW basée sur Tm:YLF avec un diamètre de 4 pouces . En 2010, Ehrenreich et al. a utilisé 12 canaux de 790 nm LD pour ^pomper la fibre de verre dopée Tm 3+ et a obtenu une sortie laser continue de 2,045 μm avec une efficacité de pente de 53% et une puissance de sortie de plus de 1 kW. En 2018, Su Liangbi, Liu Jie, etc. ont utilisé des cristaux de pompage LD Tm, La: CaF ₂pour obtenir une sortie laser de 1,92 μm avec l'efficacité de pente la plus élevée de 67,8 % , ce qui est la valeur la plus élevée signalée dans le monde jusqu'à présent pour LD pompé Tm ³⁺ ~ 2 μm lasers tout solide.