Чи знаєте ви про твердотільні лазери середнього інфрачервоного діапазону? (Частина 2)

Твердотільний лазер середнього інфрачервоного діапазонуз довжиною хвилі 3 ~ 5 мкм має переваги високої ефективності, малого розміру та легкої ваги, і має важливе значення для застосування в промисловості, медичному лікуванні, військових тощо. Розробка великого розміру високоякісного лазера середнього інфрачервоного діапазону Кристалічні та інфрачервоні високопотужні лазерні джерела накачування з більшою довжиною хвилі випромінювання стали одним із майбутніх напрямків розвитку твердотільного лазера середнього інфрачервоного діапазону.

Потім ми говоримо про технологію генерації твердотільного лазера середнього інфрачервоного діапазону.

(2) Гольмієвий твердотільний лазер

Джерело когерентного світла зі смугою 2 мкм має відносно високий коефіцієнт пропускання в повітрі та є ідеальним джерелом світла для вимірювання швидкості вітру, когерентного Лідара, дистанційного зондування та інших застосувань.

Підсилювальне середовище, леговане іонами гольмію, може безпосередньо генерувати лазер приблизно 2,1 мкм. Іони гольмію мають піки поглинання в майже видимому світлі та 1,9 мкм. Раніше гольмієві лазери накачувалися лампою-спалахом, а йони з додаванням, наприклад Tm3 plus, додавали до середовища підсилення як сенсибілізатори, що не сприяло досягненню високої ефективності перетворення за кімнатної температури.

В даний час ідеальним способом є використання лазера з довжиною довжини 1,9 мкм, створеного лазером із легуванням тулієм, для безпосереднього накачування кристала гольмію або використання напівпровідникового лазера з довжиною хвилі близько 1908 нм як джерела накачування, що може досягти стабільного та ефективного вихідного сигналу гольмієвого лазера при кімнатна температура.

(3) Ербієвий твердотільний лазер

Перехід 4I 11/2 → 4I 13/2 Er3 plus може створювати лазер у діапазоні 2,7 ~ 3 мкм на різних підкладках, який можна отримати безпосередньо за допомогою ксенонової лампи та LD-накачування високою концентрацією легуючого матеріалу ербію. Відносно зрілі досліджувані матеріали включають Er: YAG, Er: YLF, Er: YSGG, Er: GSGG, Er: BYF тощо. В останні роки також були проведені дослідження оксидної лазерної кераміки як матричних матеріалів, таких як Er: LuO3 , Er: Y2O3 тощо.

Теплопровідність кристала GSGG низька, існує серйозний ефект теплової лінзи, і важко досягти високої частоти повторення, високої потужності та високої якості променя середнього інфрачервоного лазера; Матричний матеріал YSGG можна використовувати для твердотільного лазера середньої та малої потужності з низькою частотою повторення, а фононна енергія низька, а вплив багатофононного безвипромінювального переходу невеликий.

Технологія вирощування кристалічної матриці YAG є зрілою, легко легованою, має високу теплопровідність, високий поріг пошкодження лазером і чудові фізичні та хімічні властивості. Порівняно з кристалом YAG, напруга кристалічної структури YLF і термічне напруження більші, існує певний ефект теплової лінзи, і процес росту кристала є важким. Режим накачування Er: YAG-лазера в основному поділяється на накачування ксеноновою лампою, накачування збоку LD і накачування з кінця LD, які можуть видавати лазер 2940 нм з піковою потужністю та великою енергією.

(4) Твердотільний лазер, легований залізом, хромом і елементом із перехідним металом

Іони перехідних металів Cr2 plus, Ni2 plus, Co2 plus і Fe2 plus демонструють кращі властивості лазера в середньому інфрачервоному діапазоні в напівпровідникових матеріалах групи Ⅱ-Ⅵ, особливо в напівпровідникових кристалах, легованих іонами Cr2 plus, такими як Cr2 plus:ZnSe, Cr2 plus: ZnS має хороші властивості флуоресценції при кімнатній температурі, широкий діапазон налаштування та високу квантову ефективність. Cr2 плюс :ZnSe має діапазон налаштування довжини хвилі приблизно 2200-2700 нм, а кристали Cr2 плюс :ZnS мають вихідний діапазон 2100-2700 нм.

(5) Лазер середнього інфрачервоного діапазону на основі нелінійної технології

①Середній інфрачервоний твердотільний лазер різницевої частоти

Коли два лазерних променя з різною частотою падають на нелінійний кристал, генерується новий лазер, частота якого дорівнює різниці частот двох лазерних променів. Як і будь-який інший нелінійний процес, цей процес повинен досягати певних порогових умов. На основі технології різницевої частоти можна отримати джерела світла у видимому діапазоні до 30 мкм, і в більшості випадків вони використовуються для досягнення далеких інфрачервоних хвиль.

②Середній інфрачервоний параметричний коливальний лазер

Якщо нелінійне середовище поміщено в оптичний резонатор, світло накачування падає на нелінійний кристал, виробляючи два нових низькочастотних світла (сигнальне світло та світло холостого ходу), світло накачування, світло сигналу та світло холостого ходу багато разів через нелінійне середовище, коли посилення сигнальної світлової хвилі і холостого світла більше їх втрати в резонаторі, лазерне коливання формується в резонаторі.

Це оптичний параметричний генератор (OPO). Завдяки конструкції покриття дзеркала резонатора можна вибрати необхідну вихідну частоту лазера.

Як показано на малюнку. ωp – оптична частота накачування, ωs – оптична частота сигналу, ωi – оптична частота очікування, і відповідає співвідношенню ωp=ωs плюс ωi.

Резонатор оптичного параметричного генератора може бути резонансним як до сигнального світла, так і до холостого світла або до однієї з частот. Перший часто називають подвійним резонансним параметричним генератором (DRO), а другий часто називають однорезонансним оптичним параметричним генератором (SRO).

Три промені світла, що поширюються в кристалі, повинні відповідати умові фазового узгодження, тобто пов’язані з показником заломлення оптичної довжини хвилі в кристалі, якщо світло, що накачується, падає на фіксованій довжині хвилі, зміна показника заломлення нелінійний кристал змінюватиме довжину хвилі сигнального світла та неактивного світла, щоб отримати нову умову узгодження фази та досягти налаштування довжини хвилі.

Налаштування кута може бути досягнуто за допомогою співвідношення між подвійним променезаломленням анізотропного кристала та кутом, або налаштування температури може бути досягнуто зміною температури. Періодична настройка також може бути виконана шляхом зміни періоду кристала для періодичних поляризованих кристалів.

Налаштування кута може бути досягнуто за допомогою співвідношення між подвійним променезаломленням анізотропного кристала та кутом, або налаштування температури може бути досягнуто зміною температури. Періодична настройка також може бути виконана шляхом зміни періоду кристала для періодичних поляризованих кристалів.

Нелінійні кристали є ключовими компонентами параметричних коливальних лазерів середнього інфрачервоного діапазону. Звичайні нелінійні кристали середнього інфрачервоного діапазону включають KTP, KTA, ZnGeP2 (ZGP), AgGaS2, LiNbO3 (LN), LiTaO3 (LT), PPLN, PPLT, PPKTP, PPKTA. PPLN, PPLT, PPKTP, PPKTA відносяться до періодополяризованих кристалів і мають високу ефективність перетворення. Додавання MgO до PPLN і PPLT може покращити поріг пошкодження кристалів.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.