Wetenschap
Nieuwe kristallen verbeteren de prestaties van midden-infraroodlasers
Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Sun Dunlu van Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), Chinese Academie van Wetenschappen, heeft met succes nieuwe midden-infrarode Ho,Pr:YAP- en Er:YGGAG-kristallen gesynthetiseerd met behulp van de Czchralski (Cz)-methode, en verbeterde de continue golflaserprestaties van laserdiode (LD) zijwaarts gepompt Er:YSGG-kristal door middel van thermische bindingstechnologie.
De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Optics Express .
De midden-infraroodlasers van 2,7 ~ 3 μm bevinden zich in de sterke absorptieband van watermoleculen, die brede toepassingsmogelijkheden hebben op gebieden als biomedische, optische teledetectie en niet-lineaire optica.
In een recent onderzoek hebben wetenschappers een manier gevonden om lasers krachtiger en efficiënter te maken. Door de componenten in het lasermateriaal aan te passen, ontdekten ze dat de prestaties verbeterd konden worden. Ze verhoogden met name de concentratie van één bestanddeel van Ho 3+ ionen en voegde precies de geschikte hoeveelheid van een ander bestanddeel van Pr 3+ toe ionen.
Deze aanpassing hielp de laserwerking efficiënter te maken door het "zelfbeëindigingseffect" te remmen. Met behulp van de Cz-methode konden ze een nieuw Ho,Pr:YAP-kristal laten groeien, dat een laser uitstraalde op ongeveer 3 micrometer. Het is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de oudere Ho:YAP-laser, omdat deze minder pompvermogen nodig heeft om te gaan werken en de laser efficiënter uitvoert.
Bovendien hebben wetenschappers ontdekt dat door gelijktijdige doping van de juiste hoeveelheden Gd 3+ en Ga 3+ ionen in YAG-kristal, neemt de kristalstoornis toe, wat leidt tot brede emissie in het midden-infraroodgebied. Met behulp van de Cz-methode is een nieuw Er:YGGAG-kristal gekweekt, waardoor de realisatie van de midden-infrarood afstembare en ultrakorte laser van ongeveer 2,8 micrometer mogelijk is.
Om de beperkingen in de laseruitvoer met continue golven aan te pakken, hebben onderzoekers een thermische verbindingstechniek ontwikkeld. Door ongedoteerd YSGG-kristal aan beide eindvlakken van een ander Er:YSGG-kristal te hechten, slaagden ze erin de ‘thermische effecten’ te verminderen. Hierdoor werden de laserprestaties veel beter en werd een maximaal uitgangsvermogen van 28,02 watt bereikt.
Deze onderzoekers legden de materiële basis voor de ontwikkeling van volledig vaste midden-infraroodlasers, en leverden referenties voor het ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe en efficiënte midden-infraroodlaserversterkingsmaterialen.