Nye krystaller forbedrer mid-infrarød laserydelse

En forskningsgruppe ledet af prof. Sun Dunlu fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), det kinesiske videnskabsakademi, har med succes syntetiseret nye melleminfrarøde Ho,Pr:YAP og Er:YGGAG krystaller ved hjælp af Czchralski (Cz) metoden, og forbedret den kontinuerlige bølgelaserydelse af laserdiode (LD) sidepumpet Er:YSGG krystal gennem termisk bindingsteknologi.

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Optics Express .

De 2,7~3 μm mid-infrarøde lasere er placeret i det stærke absorptionsbånd af vandmolekyler, som har brede anvendelsesmuligheder inden for områder som biomedicinsk, optisk fjernmåling og ikke-lineær optik.

I en nylig undersøgelse har forskere fundet en måde at gøre lasere mere kraftfulde og effektive. Ved at justere komponenterne i lasermaterialet opdagede de, at ydeevnen kunne forbedres. Specifikt øgede de koncentrationen af ​​en komponent af Ho ³⁺ ioner og tilsat lige den passende mængde af en anden komponent af Pr ³⁺ ioner.

Denne justering var med til at gøre laseroperationen mere effektiv ved at hæmme "selvtermineringseffekten." Ved hjælp af Cz-metoden var de i stand til at dyrke en ny Ho,Pr:YAP-krystal til at udsende laser ved omkring 3 mikrometer. Det er en væsentlig forbedring i forhold til den ældre Ho:YAP-laser, fordi den har brug for mindre pumpekraft for at begynde at arbejde og udsender laser mere effektivt.

Derudover har videnskabsmænd opdaget, at ved at co-doping passende mængder af Gd ³⁺ og Ga ³⁺ ioner ind i YAG-krystal, øges krystalforstyrrelsen, hvilket fører til bred emission i det mellem-infrarøde område. Ved hjælp af Cz-metoden er der blevet dyrket en ny Er:YGGAG-krystal, som muliggør realiseringen af ​​den mid-infrarøde afstembare og ultrakorte laser omkring 2,8 mikrometer.

For at adressere begrænsninger i kontinuerlig bølgelaseroutput udviklede forskere en termisk bindingsteknik. Ved at binde udopet YSGG krystal til begge endeflader af en anden Er:YSGG krystal, lykkedes det at reducere "termiske effekter." Dette gjorde laserens ydeevne meget bedre, og en maksimal udgangseffekt på 28,02 watt blev opnået.

Disse forskere lagde det materielle grundlag for udviklingen af ​​al-solid-state mid-infrarød lasere og leverede referencer til design og udvikling af nye og effektive mid-infrarød laser gain materialer.