pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-2-122-128pimi-248Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsЛАЗЕРЫ НА КРИСТАЛЛАХ Tm:KLu(WO4)2 и Tm:KY(WO4 )2 В МИКРОЧИП-КОНФИГУРАЦИИ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫCONTINUOUS-WAVE MICROCHIP LASER GENERATION OF Tm:KLu(WO4)2 AND Tm:KY(WO4)2 CRYSTALSДерновичО. П.DernovichO. P.

Адрес для переписки: Дернович О.П. – Научно-исследовательский центр оптических материалов и технологий Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь e-mail: pochta.dop@gmail.com

Address for correspondence: Dernovich O.P. – Research Center for Optical Materials and Technologies Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, 220013, Minsk, Belarus e-mail: pochta.dop@gmail.com

pochta.dop@gmail.comКурильчикС. В.KurilchikS. V.

Научно-исследовательский центр оптических материалов и технологий

Research Center for Optical Materials and Technologies

ГусаковаН. В.GusakovaN. V.

Научно-исследовательский центр оптических материалов и технологий

Research Center for Optical Materials and Technologies

КулешовН. В.KuleshovN. V.

Научно-исследовательский центр оптических материалов и технологий

Research Center for Optical Materials and Technologies

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus20161209201672122128Copyright © Дернович О.П., Курильчик С.В., Гусакова Н.В., Кулешов Н.В., 20162016Дернович О.П., Курильчик С.В., Гусакова Н.В., Кулешов Н.В.Dernovich O.P., Kurilchik S.V., Gusakova N.V., Kuleshov N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/248

Твердотельные лазеры с диодной накачкой находят все более широкое практическое применение во многих областях человеческой деятельности благодаря их высокой эффективности, компактности и длительному сроку службы. Для использования в качестве излучателей при дистанционном зондировании атмосферы требуются лазеры, излучающие в спектральной области около 2 мкм. Перспективными активными средами, излучающими в этой области, являются материалы, активированные трехвалентными ионами тулия. Среди легируемых ионами тулия материалов по своим характеристикам выделяются кристаллы двойных калий-редкоземельных вольфраматов, которые характеризуются большими величинами поперечных сечений поглощения и стимулированного испускания, незначительным концентрационным тушением люминесценции, отработанными технологиями роста образцов высокого качества. Целью настоящей работы являлось сравнение генерационных характеристик лазеров на основе кристаллов калий-лютециевого и калий-иттриевого вольфраматов, активированных ионами тулия, в непрерывном режиме. Эксперименты проводились при диодной накачке активного элемента в конфигурации микрочип-резонатора. Максимальная мощность лазерного излучения на длине волны 1947 нм получена с кристаллом Tm:KY(WO4)2 и составила 1010 мВт при дифференциальной эффективности генерации 51 %. При использовании кристалла Tm:KLu(WO4)2 достигнута выходная мощность лазера 910 мВт на длине волны 1968 нм при дифференциальной эффективности 38 %. При установке внутри резонатора призмы в лазере на кристалле Tm:KY(WO4)2 реализована перестройка длины волны генерации в спектральном диапазоне шириной свыше 160 нм. 

Diode-pumped solid-state lasers are attractive for a variety of practical applications in many fields of human activity due to their high efficiency, compactness, and long durability. For applications in remote sensing lasers emitting in the spectral range of about 2 microns are required. Materials doped with trivalent thulium ions are promising active media emitting in this spectral range. Potassium rare-earth tungstates are attractive materials among Tm-doped crystals due to their suitable characteristics, such as high values of absorption and stimulated emission cross sections, incignificant concentration quenching of luminescence, well-proven technology of the high quality crystals growth. The purpose of this paper was to compare lasing properties of lasers based on potassium lutetium and potassium yttrium tungstate crystals doped with thulium ions in continuous-wave regime. Experiments were carried out with a diode pumping in microchip cavity configuration. The maximum power of laser radiation at 1947 nm of 1010 mW was obtained with Tm:KY(WO4)2 crystal with the slope efficiency with respect to the absorbed pump power of 51 %. When Tm:KLu(WO4)2 crystal was utilized an output power of 910 mW at 1968 nm wavelength with the slope efficiency of 38 % was obtained. With Tm:KLu(WO4)2 laser a tuning range over 160 nm range was realized with a prism inserted into the laser cavity. 

непрерывный лазермикрочип-резонаторионы тулиякалий-редкоземельные вольфраматыcontinues-wave lasermicrochip cavitythuliumpotassium rare-earth tungstatesReferencesSpectroscopy and diode pumped laser emission in (Lux Gd(1-x))3 Ga5 O12:Tm3+ single crystal / S. Veronesi [et al.] // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2015. – Vol. 48, no. 38. – P. 385302.Veronesi S., Jia Z., Parisi D., Damiano E., Mu W., Yin Y., Tonelli M., Tao X. Spectroscopy and diode pumped laser emission in (Lux Gd(1-x)) 3 Ga5 O12:Tm3+ single crystal. J. Phys. D: Appl. Phys, 2015, vol. 48, no. 38, pp. 385302.On the efficiency of Tm-doped 2-μm lasers / K. van Dalfsen [et.al.] // Solid State Lasers XXIV: Technology and Devices, Proc. of SPIE. – 2015. – Vol. 9342. – P. 93421U-1–93421U-6.Dalfsen K., Aravazhi S., Grivas C., GarcíaBlanco S.M., Pollnau M. On the efficiency of Tmdoped 2-μm lasers. Proc. SPIE, 2015, vol. 9342, pp. 93421U- 1–93421U- 6.Diode-pumped microchip Tm:KLu(WO4 )2 laser with more than 3 W of output power / J.M. Serres [et al.] // Optics Letters – 2014. – Vol. 39, no. 14. – P. 4247– 4250.Serres J.M., Mateos X., Loiko P., Yumashev K., Kuleshov N., Petrov V., Griebner U., Aguiló M., Díaz F. Diode-pumped microchip Tm:KLu(WO4 ) 2 laser with more than 3 W of output power. Opt. Lett., 2014, vol. 39, no. 14, pp. 4247–4250.2 μm laser sources and their possible applications / K. Scholle [et al.] // Frontiers in guided wave optics and optoelectronics / edited by B. Pal. – Croatia : Intech, 2010. – P. 471–500.Scholle K., Lamrini S., Koopmann P., Fuhrberg P. 2 μm Laser Sources and Their Possible Applications. Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics. B.  Pal, ed., Intech, Croatia, 2010, pp. 471–500.Laser Coagulation of Tissues by 1.6 μm and 2 μm Laser Radiation / L. Batay [et al.] // Proc. of SPIE. – 2007. – Vol. 6734. – P. 67341M-1–67341M-5.Batay, L.E., Busko D.N., Vodchits A.I., Voitikov S.V., Orlovich V.A., Ulastchik V.S., Gorbunova N.B., Kulchitskii V.A. Laser Coagulation of Tissues by 1.6 μm and 2 μm Laser Radiation. Proc. SPIE, 2007, vol. 6734, pp. 67341M-1–67341M-5.Tm:fiber lasers for remote sensing / N.P. Barnes [et al.] // Optical Materials. – 2009. – Vol. 31. – P. 1061 – 1064.Barnes N.P., Walsh B.M., Reichle D.J., DeYoung R.J. Tm: fiber lasers for remote sensing. Opt. Mater., 2009, vol. 31, pp. 1061–1064.Twenty years of Tm:Ho:YLF and LuLiF laser development for global wind and carbon dioxide active remote sensing / U.N. Singh [et al.] // Optical Materials Express. – 2015. – Vol. 5, no. 4. – P. 827–837.Singh U.N., Walsh B.M., Yu J., Petros M., Kavaya M., Refaat T.F., Barnes N.P. Twenty years of Tm:Ho:YLF and LuLiF laser development for global wind and carbon dioxide active remote sensing. Opt. Mater. Exp., 2015, vol. 5, no. 4, pp. 827–837.Sorokina, I.T. Crystalline Mid-Infrared Lasers / I.T. Sorokina // Solid-State Mid-Infrared Laser Sources / edited by I.T. Sorokina, K.L. Vodopyanov. – Berlin-Heidelberg : Springer-Verlag, 2003. – P. 255–351.Sorokina, I.T., Vodopyanov K.L. eds. Crystalline Mid-Infrared Lasers. Solid-State Mid-Infrared Laser Sources, vol. 89, Springer Topics in Applied Physics, Springer-Verlag, Berlin, 2003, pp. 255–351.Walsh, B.M. Review of Tm and Ho Materials: Spectroscopy and Lasers / B.M. Walsh // Laser Physics. – 2009. – Vol. 19, no. 4. – P. 855–866.Walsh B.M. Review of Tm and Ho Materials: Spectroscopy and Lasers. Laser Phys., 2009, vol. 19, no.  4, pp. 855–866.Coherent Laser Radar at 2 μm Using Solid-State Lasers / S.W. Henderson [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and remote sensing. – 1993. – Vol. 31, no. 1. – P. 4–15.Henderson S.M., Suni P.J.M., Hale C.P., Hannon S.M., Magee J.R., Bruns D.L., Yuen E.H. Coherent Laser Radar at 2 μm Using Solid-State Lasers. IEEE Transactions on Geo-science and remote sensing, 1993, vol. 31, no. 1. pp. 4–15.Miller, A. Laser sources and Applications / A. Miller, D.M. Finlayson. – CRC Press, 1997. – 492 p.Miller, A. and Finlayson D.M. eds. Laser Sources and Applications, vol. 47, Scottish Graduate Series, CRC Press, 1997, p. 492.0.5W efficient continuous wave Tm:KY(WO4 )2 laser / V.E. Kisel [et al.] // Conference on Laser and Electro-Optics CLEO/QELS: Technical Digest, San Francisco, May 16, 2004 / Optical Society of America. – San Francisco, 2004. – CThT61.Kisel V.E., Troshin A.E., Shcherbitsky, V.G., Kuleshov N.V. and Pavlyuk A.A. 0.5W efficient continuous wave Tm:KY(WO4 )2 laser. CLEO: 2004, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2004), paper CThT61.Crystal growth, crystal field evaluation and spectroscopy for thulium in monoclinic KGd(WO4 )2 and KLu(WO4 )2 laser crystals / M.C. Pujol [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. – 2008. – Vol. 20, no. 34. – P. 345219.Pujol M.C., Cascales C., Aguiló M., Díaz F. Crystal growth, crystal field evaluation and spectroscopy for thulium in monoclinic KGd(WO4 )2 and KLu(WO4 )2 laser crystals. J. Phys.: Condens. Matter., 2008, vol. 20, no. 34, p. 345219.Femtosecond Pulses near 2 µm from a Tm:KLuW Laser Mode-Locked by a Single-Walled Carbon Nanotube Saturable Absorber / A. Schmidt [et al.] // Appl. Phys. Express. – 2012. – Vol. 5, no. 9. – P. 092704.Schmidt A., Choi S.Y., Yeim D., Rotermund F., Mateos X., Segura M., Diaz. F., Petrov V. and Griebner U. Femtosecond Pulses near 2 µm from a Tm:KLuW Laser Mode-Locked by a Single-Walled Carbon Nanotube Saturable Absorber. Appl. Phys. Exp., 2012, vol. 5, no. 9, p. 092704.Thermal lensing and microchip laser performance of Ng-cut Tm3+:KY(WO4 )2 crystal / M.S. Gaponenko [et al.] // Appl. Phys. B. – 2012. – Vol. 108. – P. 603–607.Gaponenko M.S., Loiko P.A., Gusakova N.V., Yumashev K.V., Kuleshov N.V., Pavlyuk A.A. Thermal lensing and microchip laser performance of Ng -cut Tm3+:KY(WO4 )2 crystal. Appl. Phys. B, 2012, vol. 108, pp. 603–607.Gaponenko, M. Microchip Tm:KYW Laser with 2.5 W of Output Power / M. Gaponenko, N. Kuleshov, T. Südmeyer // CLEO: Science and Innovations: Technical Digest, San Jose, May 10–15, 2015 / Optical Society of America. – San Jose, 2015. – SF1F.6.Gaponenko M.S., Kuleshov N., Südmeyer T. Microchip Tm:KYW Laser with 2.5 W of Output Power. CLEO: 2015, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper SF1F.6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.