Czy wiesz o laserach półprzewodnikowych średniej podczerwieni? (Część 2)

Laser półprzewodnikowy średniej podczerwienio długości fali 3 ~ 5 μm ma zalety: wysoką wydajność, mały rozmiar i lekkość oraz ma ważną wartość aplikacyjną w przemyśle, leczeniu, wojsku itp. Rozwój wielkogabarytowego, wysokiej jakości lasera średniej podczerwieni Kryształowe i podczerwone źródła pomp laserowych dużej mocy o dłuższych falach wyjściowych stały się jednym z przyszłych kierunków rozwoju lasera półprzewodnikowego średniej podczerwieni.

Następnie mówimy o technologii generowania lasera półprzewodnikowego średniej podczerwieni.

(2) Laser stały domieszkowany holmem

Źródło spójnego światła w paśmie 2 μm ma stosunkowo wysoką przepuszczalność w powietrzu i jest idealnym źródłem światła do pomiaru prędkości wiatru, spójnego Lidaru, teledetekcji i innych zastosowań.

Ośrodek wzmacniający domieszkowany jonem holmowym może bezpośrednio generować laser o średnicy około 2,1 µm. Jony holmu mają piki absorpcji w świetle widzialnym i 1,9 µm. Wcześniejsze lasery holmowe były pompowane lampą błyskową, a do ośrodka wzmacniającego jako sensybilizatory dodawano jony współdomieszkowane, takie jak Tm3 plus, co nie sprzyjało uzyskaniu wysokiej wydajności konwersji w temperaturze pokojowej.

Obecnie idealnym sposobem jest użycie lasera o długości fali 1,9 µm generowanego przez laser domieszkowany tulem do bezpośredniego pompowania kryształu holmu lub użycie lasera półprzewodnikowego o długości fali około 1908 nm jako źródła pompującego, które może osiągnąć stabilną i wydajną moc lasera holmowego przy temperatura pokojowa.

(3) Laser na ciele stałym domieszkowany erbem

Przejście 4I 11/2 → 4I 13/2 Er3 plus może wytwarzać laser w paśmie 2,7 ~ 3 μm na różnych podłożach, który można bezpośrednio uzyskać za pomocą lampy ksenonowej i pompowania LD o wysokim stężeniu domieszki materiału erbowego. Do stosunkowo dojrzałych badanych materiałów zaliczają się Er: YAG, Er: YLF, Er: YSGG, Er: GSGG, Er: BYF itp. W ostatnich latach prowadzone są również badania nad ceramiką tlenkową laserową jako materiałami matrycy, np. Er: LuO3 , Er: Y2O3 itp.

Przewodność cieplna kryształu GSGG jest niska, występuje poważny efekt soczewki termicznej i trudno jest osiągnąć wysoką częstotliwość powtarzania, dużą moc i wysoką jakość wiązki lasera średniej podczerwieni; Materiał matrycy YSGG może być stosowany w laserach półprzewodnikowych średniej i małej mocy o niskiej częstotliwości powtarzania, a energia fononów jest niska, a wpływ przejścia niepromienistego wielofononowego jest niewielki.

Technologia wzrostu matrycy krystalicznej YAG jest dojrzała, łatwa do domieszkowania, ma wysoką przewodność cieplną, wysoki próg uszkodzenia lasera oraz doskonałe właściwości fizyczne i chemiczne. W porównaniu z kryształem YAG, naprężenia struktury kryształu YLF i naprężenia termiczne są większe, występuje pewien efekt soczewki termicznej, a proces wzrostu kryształów jest trudny. Tryb pompowania lasera Er: YAG dzieli się głównie na pompowanie lampą ksenonową, pompowanie po stronie LD i pompowanie na końcu LD, które mogą wytwarzać laser o długości fali 2940 nm z mocą szczytową i dużą energią.

(4) Laser stały domieszkowany chromem i żelazem z elementami metalu przejściowego

Jony metali przejściowych Cr2 plus , Ni2 plus , Co2 plus i Fe2 plus wykazują lepsze właściwości lasera średniej podczerwieni w materiałach półprzewodnikowych z grupy Ⅱ-Ⅵ, zwłaszcza w kryształach półprzewodników domieszkowanych jonami Cr2 plus, takimi jak Cr2 plus:ZnSe, Cr2 plus: ZnS mają dobre właściwości fluorescencyjne w temperaturze pokojowej, szeroki zakres strojenia i wysoką wydajność kwantową. Cr2 plus :ZnSe ma zakres strojenia długości fali około 2200-2700 nm, a kryształy Cr2 plus :ZnS mają zakres wyjściowy 2100-2700 nm.

(5) Laser średniej podczerwieni oparty na technologii nieliniowej

①Laser półprzewodnikowy średniej podczerwieni o różnicy częstotliwości

Kiedy na nieliniowy kryształ padają dwie wiązki laserowe o różnych częstotliwościach, generowany jest nowy laser, którego częstotliwość jest różnicą częstotliwości dwóch wiązek laserowych. Jak każdy inny proces nieliniowy, proces ten musi osiągnąć pewne warunki progowe. W oparciu o technologię częstotliwości różnicowych można uzyskać źródła światła w zakresie widzialnym do 30 µm, które w większości przypadków wykorzystywane są do uzyskiwania fal dalekiej podczerwieni.

② Laser oscylacyjny parametryczny średniej podczerwieni

Jeśli ośrodek nieliniowy zostanie umieszczony w rezonatorze optycznym, pompowane światło pada na kryształ nieliniowy, wytwarzając dwa nowe światła o niskiej częstotliwości (światło sygnalizacyjne i światło stanu spoczynku), przy czym światło pompowane, światło sygnalizacyjne i światło biegu jałowego wielokrotnie przez ośrodku nieliniowym, gdy wzmocnienie fali świetlnej sygnału i światła jałowego jest większe niż ich strata w rezonatorze, w rezonatorze powstają oscylacje lasera.

Jest to optyczny oscylator parametryczny (OPO). Dzięki konstrukcji powłoki zwierciadła rezonatora można wybrać żądaną częstotliwość wyjściową lasera.

Jak pokazano na rysunku. ωp to częstotliwość optyczna pompowania, ωs to częstotliwość optyczna sygnału, ωi to częstotliwość optyczna w stanie spoczynku i spełnia zależność ωp=ωs plus ωi.

Rezonator optycznego oscylatora parametrycznego może rezonować zarówno ze światłem sygnalizacyjnym, jak i światłem biegu jałowego lub z jedną z częstotliwości. Pierwszy z nich jest często nazywany podwójnym rezonansowym oscylatorem parametrycznym (DRO), a drugi jest często nazywany optycznym oscylatorem parametrycznym z pojedynczym rezonansem (SRO).

Trzy wiązki światła rozchodzące się w krysztale muszą spełniać warunek dopasowania fazowego, to znaczy związany ze współczynnikiem załamania fali optycznej w krysztale, jeśli pompowane światło pada na stałą długość fali, zmiana współczynnika załamania światła nieliniowy kryształ zmieni długość fali światła sygnalizacyjnego i światła jałowego, aby uzyskać nowy warunek dopasowania fazowego i osiągnąć dostrojenie długości fali.

Strojenie kąta można uzyskać, wykorzystując zależność pomiędzy dwójłomnością anizotropowego kryształu i kątem, lub strojenie temperatury można osiągnąć poprzez zmianę temperatury. Okresowe strojenie można również przeprowadzić poprzez zmianę okresu kryształu dla okresowych kryształów spolaryzowanych.

Strojenie kąta można uzyskać, wykorzystując zależność pomiędzy dwójłomnością anizotropowego kryształu i kątem, lub strojenie temperatury można osiągnąć poprzez zmianę temperatury. Okresowe strojenie można również przeprowadzić poprzez zmianę okresu kryształu dla okresowych kryształów spolaryzowanych.

Nieliniowe kryształy są kluczowymi elementami parametrycznych laserów oscylacyjnych średniej podczerwieni. Typowe nieliniowe kryształy średniej podczerwieni obejmują KTP, KTA, ZnGeP2 (ZGP), AgGaS2, LiNbO3 (LN), LiTaO3 (LT), PPLN, PPLT, PPKTP, PPKTA. PPLN, PPLT, PPKTP i PPKTA należą do kryształów spolaryzowanych okresowo i charakteryzują się wysoką wydajnością konwersji. Dodanie MgO do PPLN i PPLT może poprawić próg uszkodzenia kryształów.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakiś pomysł, nie wahaj się z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.