Víte o středně infračervených polovodičových laserech? (Část 2)

Středně infračervený pevnolátkový lasers vlnovou délkou 3~ 5μm má výhody vysoké účinnosti, malých rozměrů a nízké hmotnosti a má důležitou aplikační hodnotu v průmyslu, lékařském ošetření, armádě atd. Vývoj velkorozměrového vysoce kvalitního středního infračerveného laseru krystalové a infračervené vysokovýkonné laserové zdroje s delšími výstupními vlnovými délkami se staly jedním z budoucích směrů vývoje středně infračerveného pevnolátkového laseru.

Poté hovoříme o technologii generace středně infračerveného pevnolátkového laseru.

(2) Pevný laser dopovaný holmiem

Pásmový koherentní zdroj světla 2μm má relativně vysokou propustnost ve vzduchu a je ideálním zdrojem světla pro měření rychlosti větru, koherentní Lidar, dálkový průzkum Země a další aplikace.

Zesilovací médium dopované holmiovým iontem může přímo generovat laser o velikosti asi 2,1 µm. Holmiové ionty mají absorpční píky blízké viditelnému světlu a 1,9 µm. Dřívější holmiové lasery byly čerpány zábleskovou lampou a ko-dopované ionty, jako je Tm3 plus, byly přidány do zesilovacího média jako senzibilizátory, což nevedlo k získání vysoké účinnosti konverze při pokojové teplotě.

V současné době je ideálním způsobem použití 1,9µm laseru generovaného thuliem dopovaným laserem k přímému čerpání holmiového krystalu, nebo použití polovodičového laseru o vlnové délce asi 1908 nm jako čerpacího zdroje, který může dosáhnout stabilního a účinného výkonu holmiového laseru při pokojová teplota.

(3) Erbiem dopovaný pevnolátkový laser

Přechod 4I 11/2 → 4I 13/2 Er3 plus může produkovat laser v pásmu 2,7 ~ 3 μm v různých substrátech, který lze přímo získat xenonovou lampou a LD čerpáním vysoké dopingové koncentrace materiálu Erbium. Mezi relativně vyzrálé studované materiály patří Er: YAG, Er: YLF, Er: YSGG, Er: GSGG, Er: BYF atd. V posledních letech se také objevily studie o oxidové laserové keramice jako matricových materiálech, např. Er: LuO3 , Er: Y2O3 atd.

Tepelná vodivost krystalu GSGG je nízká, existuje vážný efekt tepelné čočky a je obtížné dosáhnout vysoké opakovací frekvence, vysokého výkonu a vysoké kvality paprsku středního infračerveného laserového výstupu; Matricový materiál YSGG lze použít pro středně a málo výkonný pevnolátkový laser s nízkou opakovací frekvencí a fononová energie je nízká a vliv multifononového nezářivého přechodu je malý.

Technologie růstu krystalové matrice YAG je vyzrálá, snadno se dopuje, má vysokou tepelnou vodivost, vysoký práh poškození laserem a vynikající fyzikální a chemické vlastnosti. Ve srovnání s krystalem YAG je napětí krystalové struktury YLF a tepelné napětí větší, existuje určitý efekt tepelné čočky a proces růstu krystalu je obtížný. Čerpací režim Er:YAG laseru se dělí hlavně na čerpání xenonovou lampou, čerpání na straně LD a čerpání na konci LD, které může poskytovat 2940 nm laser se špičkovým výkonem a velkou energií.

(4) Pevný laser s přechodným kovovým prvkem s příměsí chromu železa

Ionty přechodových kovů Cr2 plus, Ni2 plus, Co2 plus a Fe2 plus vykazují lepší vlastnosti pro střední infračervené lasery u polovodičových materiálů skupiny Ⅱ-Ⅵ, zejména polovodičových krystalů dopovaných ionty Cr2 plus, jako je Cr2 plus :ZnSe, Cr2 plus: ZnS, mají dobré fluorescenční vlastnosti při pokojové teplotě, široký rozsah ladění a vysokou kvantovou účinnost. Cr2 plus :ZnSe má rozsah ladění vlnových délek přibližně 2200-2700 nm a krystaly Cr2 plus :ZnS mají výstupní rozsah 2100-2700 nm.

(5) Středně infračervený laser založený na nelineární technologii

①Středně infračervený pevnolátkový laser s rozdílovou frekvencí

Když dva laserové paprsky s frekvenčními rozdíly dopadnou na nelineární krystal, generuje se nový laser, jehož frekvence je rozdílem frekvence dvou laserových paprsků. Jako každý jiný nelineární proces musí i tento proces dosáhnout určitých prahových podmínek. Na základě technologie rozdílové frekvence lze získat světelné zdroje ve viditelném rozsahu až 30 µm a ve většině případů se používají k dosažení daleko infračervených vln.

② Střední infračervený parametrický oscilační laser

Pokud je nelineární médium umístěno v optickém rezonátoru, dopadá čerpané světlo na nelineární krystal a vytváří dvě nová nízkofrekvenční světla (signální světlo a světlo nečinnosti), čerpané světlo, signální světlo a světlo nečinnosti mnohokrát přes nelineární prostředí, kdy je zisk signální světelné vlny a klidového světla větší než jejich ztráta v rezonátoru, vzniká v rezonátoru oscilace laseru.

Jedná se o optický parametrický oscilátor (OPO). Prostřednictvím konstrukce povlaku zrcadla rezonátoru lze zvolit požadovaný výkon laserové frekvence.

Jak je znázorněno na obrázku. ωp je optická frekvence čerpání, ωs je optická frekvence signálu, ωi je optická frekvence naprázdno a splňuje vztah ωp=ωs plus ωi.

Rezonátor optického parametrického oscilátoru může rezonovat jak s návěstním, tak s klidovým světlem nebo s jednou z frekvencí. První se často nazývá parametrický oscilátor s dvojitou rezonancí (DRO) a druhý se často nazývá jednorezonanční optický parametrický oscilátor (SRO).

Tři paprsky světla šířící se v krystalu musí splňovat podmínku fázové shody, to znamená vztahující se k indexu lomu optické vlnové délky v krystalu, pokud čerpané světlo dopadá na pevnou vlnovou délku, změna indexu lomu nelineární krystal změní vlnovou délku signálního světla a nečinného světla, aby se dosáhlo nové podmínky fázové shody a dosáhlo se ladění vlnové délky.

Úhlového ladění lze dosáhnout pomocí vztahu mezi anizotropním krystalovým dvojlomem a Úhlem, nebo lze teplotního ladění dosáhnout změnou teploty. Periodické ladění lze také provádět změnou periody krystalu pro periodické polarizované krystaly.

Úhlového ladění lze dosáhnout pomocí vztahu mezi anizotropním krystalovým dvojlomem a Úhlem, nebo lze teplotního ladění dosáhnout změnou teploty. Periodické ladění lze také provádět změnou periody krystalu pro periodické polarizované krystaly.

Nelineární krystaly jsou klíčovými součástmi středně infračervených parametrických oscilačních laserů. Mezi běžné nelineární krystaly středního infračerveného záření patří KTP, KTA, ZnGeP2 (ZGP), AgGaS2, LiNbO3 (LN), LiTaO3 (LT), PPLN, PPLT, PPKTP, PPKTA. PPLN, PPLT, PPKTP a PPKTA patří k periodicky polarizovaným krystalům a mají vysokou účinnost konverze. Přidání MgO do PPLN a PPLT může zlepšit práh poškození krystalů.

Kontaktní informace:

Pokud máte nějaké nápady, neváhejte se na nás obrátit. Bez ohledu na to, kde jsou naši zákazníci a jaké jsou naše požadavky, budeme sledovat náš cíl poskytovat našim zákazníkům vysokou kvalitu, nízké ceny a nejlepší služby.