Лазер Ho:YAG на длине волны 2097 нм с накачкой перестраиваемым лазером с узкой шириной линии 1,91 мкм

Научные отчеты, том 13, номер статьи: 999 (2023) Цитировать эту статью

685 Доступов

17 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании представлен высокоэффективный лазер Ho:YAG на основе перестраиваемого лазера с узкой шириной линии 1,91 мкм. Перестраиваемый лазер Tm:YLF является источником накачки, а непрерывная перестройка длины волны находится в диапазоне от 1906,04 до 1908,83 нм, что соответствует ширине линии менее 0,41 нм. Перестраиваемый лазер Tm:YLF достигается за счет изменения рабочей температуры VBG. Выходная мощность Ho:YAG-лазера составляет от 21,04 до 23,53 Вт, а эффективность наклона - от 64,08 до 68,26% при мощности накачки 39,8 Вт. Выходная мощность и эффективность наклона, соответствующие длине волны накачки 1907,36 нм, составляют 23,53 Вт. и 68,26% соответственно. Это исследование показывает, что точная настройка длины волны накачки является эффективным способом повышения эффективности наклона и выходной мощности Ho:YAG-лазера при комнатной температуре.

Лазер с длиной волны 2,1 мкм расположен в атмосферном окне и широко используется в таких приложениях, как лазерная медицина1, обработка материалов2, лидарные системы оптического обнаружения и измерения дальности3, а также оптические параметрические генераторы4,5. В настоящее время основным подходом к получению лазеров с длиной волны 2,1 мкм является накачка кристалла, легированного Ho, лазером с длиной волны 1,9 мкм, что совпадает с пиком длины волны поглощения кристалла, легированного Ho. Твердотельный лазер с накачкой лазером с длиной волны 1,9 мкм может обеспечить лазер с длиной волны 2,1 мкм с высокой мощностью, высоким качеством луча и узкой шириной линии при комнатной температуре. До сих пор твердотельные и волоконные лазеры, легированные Tm, использовались в качестве источников накачки в мощном Ho:YAG-лазере из-за лучшего качества луча и большей мощности. Шен и др. сообщили о лазере Ho:YAG с накачкой лазером Tm:YLF с длиной волны 1907,8 нм, выходная мощность составила 103 Вт с крутизной эффективности 67,8%6. Накачка Ho:YAG-лазера с помощью волоконного лазера, легированного Tm, является более компактным подходом благодаря таким качествам, как более простое управление температурой, более высокая эффективность преобразования и меньший объем. Антипов и др.7 сообщили о выходной мощности 36 Вт для Ho:YAG-лазера с накачкой на длине волны 1907 нм волоконным лазером, легированным Tm.

Использование источника накачки с узкой шириной линии является эффективным способом повышения эффективности целевого лазера8,9. Центральная длина волны и ширина линии лазера накачки оказывают большое влияние на лазер Ho:YAG из-за узкого пика длины волны поглощения кристалла Ho:YAG на длине волны 1,9 мкм. Поэтому некоторые исследования лазера Ho:YAG были сосредоточены на источниках накачки с узкой шириной линии. В настоящее время лазеры, использующие объемную брэгговскую решетку (VBG), имеют возможность выбора длины волны и узкой ширины линии. Чен и др. сообщили о лазере Tm:YLF с VBG, выходная мощность которого составила 15,5 Вт при длине волны 1908,1 нм, что соответствует ширине линии 0,15 нм10. Вэй и др. сообщили о лазере Tm:YLF с узкой шириной линии с VBG, выходная мощность которого составила 202 Вт при длине волны 1908,5 нм, что соответствует ширине линии 0,57 нм11. В настоящее время имеется мало сообщений о перестраиваемых лазерах Tm:YLF. Шейнтоп и др. сообщили о перестраиваемом лазере Tm:YLF, соответствующем перестраиваемому диапазону 1926–1961 нм12. Здесь сечение поглощения кристалла Ho:YAG при 1,91 мкм было выше, чем при 1,93 мкм, что способствовало поглощению света накачки и достижению более высокой выходной мощности13. Таким образом, Ho:YAG-лазер с накачкой перестраиваемым лазером с длиной волны 1,91 мкм является привлекательным методом получения более высокого коэффициента наклона и выходной мощности.

В этом исследовании предлагается Ho:YAG-лазер с накачкой перестраиваемым лазером с узкой шириной линии 1,91 мкм. Источником накачки служил Tm:YLF-лазер с перестраиваемым диапазоном 1906,04–1908,83 нм, что соответствует ширине линии менее 0,41 нм. Качество луча Tm:YLF-лазера остается практически постоянным во всем диапазоне перестройки, что благоприятно для накачки Ho:YAG-лазера. Измерены выходные характеристики Ho:YAG-лазера на различных длинах волн накачки.

Экспериментальная установка Ho:YAG-лазера с накачкой Tm:YLF представлена ​​на рис. 1.