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Progrès de la recherche sur les cristaux laser infrarouge moyen - Partie 06
1. 4 ~ cristaux laser de 3 μ m dopés avec Er 2 +, U 4+ , Ho 3 +, Dy 3+
Semblable à la bande 2 μ m ( 3F 4→ 3 H 6) de Tm 3+, il existe un transfert d'énergie - processus de conversion (Energy transfer up - conversion, ETU) entre les ions Er 3+ et la relaxation croisée processus:
ETU1 (Er 3+: 4I 13/2+ Er 3+: 4I 13/2→ Er 3+: 4I 9/2+ Er 3+: 4I 15/2)
ETU2 (Est 3+: 4I 11/2+ Est 3+: 4I 11/2→ Est 3+: 4F 7/2+ Est 3+: 4I 15/2)
Parmi eux, le processus d'up-conversion du transfert d'énergie ETU1 peut consommer rapidement le nombre de particules d'Er 3+ionau niveau de l'énergie4je13/2 (niveau d'énergie laser inférieur), et la moitié des particules qui ont subi ce processus sont converties en Er3+ionau niveau de l'énergie4je9/2, et puisallervia Multi-processus de relaxation des phonons,enfincycle deux Er3+ionau niveau de l'énergie4je11/2 (supérieurlaserniveau d'énergie). Ces particules qui circulent à partir du niveau d'énergie inférieur au niveau d'énergie supérieur du laser peut émettre 3mm photons laser par rayonnement stimulé à nouveau. Pour un grand nombre de particules participant à ce processus de conversion ascendante de transfert d'énergie, le processus physique consistant à n'absorber qu'une seule pompeà photon et émettant deux 3mm photons laser est réalisé. Lorsqu'on suppose que l'ETDANS le processus ne se produit qu'au niveau inférieurlaserniveau d'énergie et la perte interne du résonateur laser est nulle, l'efficacité de la pente du laser peut atteindre le double de l'efficacité de Stokes. Bien sûr, en raison de l'existence de l'ETDANS2 et la perte interne de la cavité laser, l'efficacité réelle de la pente du laser ne peut pas atteindre le double de l'efficacité de Stokes. Mais le coefficient de transfert d'énergie de ETU1processus est supérieur à celui de ETDANS2 processus.
De plus, la durée de vie du niveau supérieur 4 I 11/2de Er 3+( 4 I 11/2→ 4I 13/2) dans la bande 3 µ m est plus courte que celle du niveau inférieur 4 I 13/2, qui appartient à la transition "auto-terminaison". La probabilité de transfert d'énergie entre ions ( P SA) est :
PSA est directement proportionnel à l' intégralede recouvrement du spectre d'émission et du spectre d'absorption, et est inversement proportionnel à la distance des particulesR6 . Par conséquent, le dopage à haute concentration peut être utilisé pour augmenter la probabilité de transfert d'énergie entre les ions afin d'améliorer le processus ETU1, ou les ions désactivés co-dopés Pr 3+ sont utilisés pour réduire la durée de vie du niveau d'énergie inférieur et obtenir l'effet d'énergie inférieure. désactivation de niveau. En 2018, Su Liang-bi et al. a utilisé l'effet «d'agglomération» Er 3+et l'émission de conversion ascendante «à deux photons» dans des cristaux de fluorure alcalino-terreux pour donner l'idée académique que l'efficacité de la pente du laser peut dépasser l'efficacité de Stokes. En utilisant un cristal Er: SrF 2-CaF 2à faible concentration de dopage (4 at%), une sortie laser CW dans la bande de 2,7 μm avec une efficacité de pente de 41% et une puissance de 1,06 W a été réalisée, ce qui est également le l'efficacité de pente la plus élevée signalée à ce jour dans le monde pour tous les pompages LD à l'état solide dans cette bande. Bien qu'il y ait eu des rapports de sortie laser CW haute puissance et un grand nombre d'impulsions courtes à commutation Q dans des cristaux dopés Er 3+dans la bande de 3 μm , il n'y a eu aucun rapport de sortie laser ps ou fs à verrouillage de mode. loin.
En 1995, Louis et al. a atteint pour la première fois une sortie laser continue de 2,8 μ m dans un cristal U: YLF, la durée de vie du niveau d'énergie supérieur du laser était aussi élevée que 310 μ s, la section efficace de gain était aussi grande que 3,2 × 10 -19 cm 2 , et le spectre le facteur de qualité de U:YLF était de 9,920 × 10 -17cm 2· μ s, indiquant les perspectives de développement potentiel de U 4+dans la bande ~ 3 μ m. En 2005, Su Liang-bi a utilisé 980 nm LD pour pomper le cristal U 3+:CaF 2 afin de produire une émission de fluorescence à large bande de 2,0 ~ 2,8 μm , et la fluorescence FWHM a atteint 231 nm, mais il n'y a pas eu de rapport ultérieur sur la sortie laser.
