Progrès de la recherche sur les cristaux laser dans l'infrarouge moyen - Partie 04

1. 2   ~ Cristaux laser de 2,3 μm dopés au Tm ³⁺

Par rapport à la ^bande 2 μ m ( 3 F ₄ → ³H ₆ ) de Tm ³⁺, le fonctionnement laser 2,3 μ m basé sur la transition ³ H ₄ → ³H ₅^du milieu laser dopé Tm 3+ présente les avantages suivants :

(1) ~ 790 nm LD est directement pompé vers le niveau d'énergie supérieur du laser. Tm ³⁺ a une forte absorption autour de 790 nm (correspondant directement à la transition ³ H ₄ → ³H ₆), qui peut correspondre à la longueur d'onde d'émission de l'AlGaAs LD commercial mature actuel, de manière à réaliser un pompage LD haute performance tout- Fonctionnement laser 2,3 μm à haut rendement à l'état solide .

(2) Fonctionnement laser à quatre niveaux à température ambiante. Le niveau d'énergie de ³H ₅ se situe à ~ 9 000 cm ^-1 au-dessus de l'état fondamental ³H ₆, qui est une opération à quatre niveaux sans réabsorption . Il a un faible effet de température et peut être utilisé à température ambiante.

(3) Par rapport à la bande de 2 μm , 2,3 μm se trouve dans la zone de faible absorption de l'eau et le fonctionnement du laser est moins affecté par l'humidité de l'air environnant.

(4) Excellentes caractéristiques spectrales. Tm ³⁺ a une grande section efficace d'émission stimulée dans la bande de 2,3 μm et une large bande passante de gain, qui peut prendre en charge la génération d'impulsions verrouillées en mode de niveau fs. Le spectre de fluorescence Tm:YLF peut couvrir la bande 2,2-2,45 μm , et la section efficace d'émission stimulée au pic est de 3,5 × 10 ^-20 cm ² @ 2300 nm. La section efficace d'émission stimulée au pic Tm:YAG est de 4,4 × 10 ^-20 cm ²@ 2300 nm, et la bande passante atteint 50 nm. En 2019, les cristaux Tm:YLF pompés par LD ont atteint une puissance laser continue de 1,15 W dans la bande de 2,3 μm , mais l'efficacité de la pente est faible ( ≤ 19%). En 2020, Muti et al. u s ed 780 nm Ti- sapphire pump ed et graphène mode-locked Tm: KY ₃ F ₁₀, pour générer une sortie laser ultrarapide de 739 fs dans la bande de 2,3 μm .

À l'heure actuelle, la recherche sur le laser dopé Tm ³⁺est principalement axée sur l'obtention d'une sortie laser 2 μm à haute efficacité et haute puissance (³ F ₄ → ³H ₆) . Il y a moins de  recherches sur le laser 2,3 μm   (³ H ₄ → ³H ₅) , et la progression est relativement lente .   La qualité de la sortie 2,3 μm est loin derrière la bande 2 μm , et la puissance de sortie continue la plus élevée du système 2,3 μm à simple dopage n'est que de 2,6 W, il y a donc beaucoup de place à l'amélioration. L'utilisation de LD pour pomper directement le milieu à gain solide à simple dopage Tm ³⁺ afin de générer un laser 2,3 μm haute puissance et haute efficacité est une direction de recherche importante.