Progrès de la recherche sur les cristaux laser infrarouge moyen - Partie 07

1. 4  ~ Cristaux laser 3 μm dopés avec Er ²⁺, U ⁴⁺ , ​​Ho ³⁺ , Dy ³⁺ 

En tant qu'ion actif, Ho ³⁺a atteint une sortie laser dans la bande ~3 μm ( ⁵I ₆→ ⁵I ₇). En 1976, les chercheurs ont réalisé pour la première fois une sortie laser de 2,9 μm dans un cristal Ho:YAP. En 1990, Bowman et al. a obtenu des sorties laser de 2,85 μm et 2,92 μm dans des cristaux Ho:YAP, et a obtenu des sorties laser réglées en bande de 2,92 μm dans des cristaux Ho:YAP l'année suivante. En 2017, Nie et al. pompé Ho, Pr : LiLuF ₄  cristaux avec un laser à fibre Raman de 1 150 nm, atteignant pour la première fois une puissance laser de 2,95 μm de watt. En 2018, Zhang et al. ont obtenu une sortie laser avec une puissance moyenne de 257 mW et une efficacité de pente de 0,04% dans des cristaux de Cr, Yb, Ho, Pr:GYSGG. La même année, Nie et al. atteint la puissance de sortie laser la plus élevée de 1,27 W en Ho, Pr : YLiF ₄  cristal, et l'efficacité de la pente a atteint 28,3 %. En 2004, Jackson et al. atteint une puissance laser de 2,5 W dans Ho, Pr:ZBLAN fibre de verre (fluorure contenant ZrF ₄, BaF ₂, LaF ₃, AlF ₃  et composants NaF), avec une efficacité de pente de 29 %. En 2014, Crawford et al. a atteint une puissance laser de 3,4 W et une efficacité de pente de 20,9 % dans une fibre de verre Ho:ZBLAN pompée par un laser à fibre Raman.

Des effets excitants de Dy ³⁺ en tant qu'ions actifs dans des fibres de verre optique au fluorure à faible énergie de phonons (ZBLAN) sont obtenus. En 2003, Jackson a réalisé une sortie laser avec une puissance de sortie maximale de 275 mW et une efficacité de pente de 4,5 % en Dy : ZBLAN. En 2016, Majewsky a signalé une puissance laser de 810 mW dans une bande de 3,04 μm et une efficacité de pente de 51% en utilisant Dy: ZBLAN. En 2018, Woodward et al. utilisé le pompage résonnant laser Er:ZBLAN 2,83 μm pour réaliser la sortie laser de la fibre Dy:ZBLAN dans la bande 3,15 μm avec une puissance de sortie de 1 060 mW et une efficacité de pente jusqu'à 73 %. Malheureusement, la sortie laser dans la bande 3 μm de cristaux laser dopés aux ions Dy ³⁺ n'a pas encore été réalisée.

Les principales tendances de développement à l'avenir : (1) À l'heure actuelle, les ions activés par les terres rares pouvant atteindre 2,8-3,3mm la sortie laser infrarouge moyen à température ambiante comprend principalement Er³⁺, Ho ³⁺et Dy ³⁺, dont Er ³⁺est le plus étudié. Mais en condition générale, la majeure partie de la transition laser formée par l'Er³⁺les ions activés sont en forme de ligne et de courte longueur d'onde. Mais la sortie de verrouillage de mode du laser fs dans Er³⁺vaut la peine d'être attendu. (2) En comparaison, le nombre d'électrons dans la couche 4f de Ho³⁺et Dy³⁺est pair, et la division du niveau d'énergie de Stark dans différents champs cristallins est différente, ce qui est relativement fortement affecté par le champ cristallin. Par conséquent, le spectre de fluorescence produit par les cristaux laser dopés avec Ho ³⁺et Dy³⁺dans la plage de 2,8 à 3,3mm est un spectre large bande lisse. Cela donne une sortie laser réglée (ultra-rapide), et connecte et étend l'Er³⁺bande d'onde à la direction infrarouge. Le développement de cristaux laser (classés par ions actifs et longueurs d'onde), à ​​partir de Nd ³⁺et Yb³⁺avec une longueur d'onde de 1mm, Tm ³⁺et Ho³⁺avec une longueur d'onde de 2mm, à Er ³⁺avec une longueur d'onde de 2,6-2,8mm, puis à Ho³⁺avec une longueur d'onde de 2,8-3,3mm et Dy ³⁺, etc., continuent de se développer dans le sens de l'infrarouge moyen, qui est à la pointe du développement des cristaux laser. C'est très possible pour Ho ³⁺et Dy ³⁺pour obtenir une sortie laser à haut rendement dans la plage de 2,8 à 3,3mM. Fibre de verre Ho: ZBLAN a donné une sortie laser d'efficacité de pente de 21%, fibre de verre Dy:ZBLAN a donné une efficacité de pente de pompage résonnante aussi élevée que 73% de sortie laser. Mais la fibre de verre fluorée ZBLAN présente de nombreuses pénuries, notamment la déliquescence, le centre de couleur vieillissant, la fragilité et la difficulté à polir et à souder, et la fibre de verre a une faible concentration de dopage, un fort effet non linéaire et une faible capacité de transmission d'énergie. Par conséquent, les applications à haute énergie sont encore dominées par les lasers à solide. Cependant, il existe peu d'études sur Ho ³⁺-cristaux dopés dans le ~3mbande m, et l'efficacité de la pente est encore trop faible pour avoir une application pratique. Jusqu'à présent, il n'y a pas de rapport sur la sortie laser de Dy ³⁺-cristaux dopés en ~3mbande m, ce qui limite son application dans la confrontation infrarouge directionnelle à haute énergie, la biomédecine, la surveillance de l'environnement, etc. Cependant, il vaut la peine d'attendre avec impatience le ~ 3msortie laser en bande m obtenue par le Dy³⁺cristal laser dopé. (3) Considérant que la force de l'oscillateur de la transition de niveau d'énergie des ions Actinide est généralement supérieure de 1 à 2 ordres de grandeur à celle des ions Lanthanide, U⁴⁺le dopage est une sorte de cristal laser avec un potentiel de développement et digne d'attention dans la bande infrarouge moyen.