Эрбиевый лазер, излучающий в области 1.5 мкм, с высокой выходной мощностью

Твердотельные лазеры, излучающие в спектральной области 1.5‒1.6 мкм, находят широкое применение в дальнометрии, офтальмотологии, волоконно-оптических системах и оптической локации. Целью данной работы являлось исследование спектроскопических и генерационных свойств активной среды на основе кристалла бората для указанных лазеров.

Проведено исследование спектроскопических и генерационных свойств кристаллов Er,Yb:YAl₃(BO₃)₄ с различным содержанием ионов-активаторов. В результате определены спектры поперечных сечений поглощения и стимулированного испускания в поляризованном свете. Проведена оценка эффективности переноса энергии от ионов иттебия на ионы эрбия. Максимальная эффективность переноса энергии достигала 97 % для кристалла Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl₃(BO₃)₄.

Реализована   лазерная   генерация   для   кристаллов   с   высоким   содержанием   ионов   эрбия до 4 ат.% (2.2∙10²⁰ cм^‒3). При использовании кристалла Er(2 at.%),Yb(11 at.%):YAl₃ (BO₃)₄ получен непрерывный режим генерации с максимальной выходной мощностью до 1,6 Вт на длине волны 1522 нм при дифференциальной эффективности 32 %. В квазинепрерывном режиме генерации для кристалла Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO₃)₄ максимальная пиковая мощность достигала 2,2 Вт при дифференциальной эффективности по поглощённой мощности накачки 40 %. Профиль распределения интенсивности в поперечном сечении лазерного пучка хорошо аппроксимировался функцией Гаусса рассчитанное значение параметра распространения лазерного пучка М² не превышало 1,2, что соответствует ТЕМ₀₀ моде резонатора.

На основе полученных результатов, можно сделать вывод, что данные кристаллы являются перспективными активными средами, для лазеров, излучающих в спектральном диапазоне 1.5‒1.6 мкм, для применения в составе систем лазерной дальнометрии, лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии и лидаров.

1. Taccheo S., Sorbello G., Laporta P., Karlsson G., Laurell F. 230-mW diode-pumped single-frequency Er,Yb laser at 1.5 μm. IEEE Photonics Technology Letters, 2001, vol. 13, no. 1, pp. 19‒21. DOI: 10.1109/68.903207

2. Danger T., Huber G., Denker B.I., Galagan B.I., Sverchkov S.E. Diode-pumped cw laser around 1.54 μm Conference on Lasers and Electro-Optics, D. Scifres and A. Weiner, eds., (Optical Society of America, 1998), paper CTuM71.

3. Tolstik N.A., Huber G., Maltsev V.V., Leo- nyuk N.I., Kuleshov N.V. Excited state absorption, energy levels, and thermal conductivity of Er3+:YAB. Appl. Phys. B, 2008, vol. 92, no. 4, pp. 567‒571. DOI: 10.1007/s00340-008-3101-8

4. Denker B., Galagan B., Ivleva L., Osiko V., Sve- rchkov S., Voronina I., Hellstrom J.E., Karlsson G., Laurell F. Luminescent and laser properties of Yb,Er activated GdCa4O(BO3)3 ‒ a new crystal for eyesafe 1.5 micrometer lasers. Appl. Phys. B., 2004, vol. 79, no. 5, pp. 577−581. DOI: 10.1007/s00340-004-1605-4

5. Diening A., Heumann E., Huber G., Kuzmin O. High-power diode-pumped Yb, Er:LSB laser at 1.56 μm in Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO). Vol. 6 of 1998 OSA Technical Digest Series (Optical Society of Amerika, 1998), pp. 299‒300, paper CWM5.

6. Burns P., Dawes J., Dekker P., Pipper J., Jiang H., Wang J. Optimization of Er,Yb:YCOB for cw laser operation. IEEE J. Quantum Electronics, 2004, vol. 40, no. 11, pp. 1575‒1582. DOI: 10.1109/JQE.2004.834935

7. Gorbachenya K.N., Kisel V.E., Yasukevich A.S., Maltsev V.V., Leonyuk N.I., Kuleshov N.V. High effi- cient continuous-wave diode-pumped Er,Yb:GdAl3(BO3)4 laser. Opt. Lett, 2013. vol. 38, pp. 2446‒2448. DOI: 10.1364/OL.38.002446

8. Chen Y., Lin Y., Gong X., Luo Z., Huang Y. Spectroscopic properties and laser performance of Er3+using Yb, Er-doped silico-boro-phosphat glass in and Yb3+ co-doped GdAl3 (BO3)4 crystal. IEEE J. Quantum Electronics, 2007, vol. 43, no. 10, pp. 950‒956. DOI: 10.1109/JQE.2007.904308

9. Chen Y., Lin Y., Huang J., Gong X., Luo Z., Huang Y. Spectroscopic and laser properties of Er3+:Yb3+:LuAl3(BO3)4 crystal at 1.5-1.6 цт. Opt. Express, 2010, vol. 18, no. 13, pp. 13700-13707. DOI: 10.1364/OE.18.01370013.

10. Tolstik N.A., Kurilchik S.V., Kisel V.E., Kuleshov N.V., Maltsev V.V., Pilipenko O.V., Koporu- lina E.V., Leonyuk N.I. Efficient 1 W continuous-wave diode-pumped Er,Yb:YAl(BO3)4 laser. Opt. Lett., 2007, vol. 32, no. 22, pp. 3233-3235. DOI: 10.1364/OE.18.013700

11. Tolstik N.A., Kurilchik S.V., Kisel V.E., Ku- leshov N.V., Maltsev V.V., Pilipenko O.V., Koporu- lina E.V., Leonyuk N.I. Efficient 1 W continuous-wave diode-pumped Er,Yb:YAl(BO3)4 laser. Opt. Lett., 2007, vol. 32, no. 22, pp. 3233‒3235. DOI: 10.1364/OL.32.003233

12. Chen Y.J., Lin Y.F., Gong X.H., Luo Z.D., Huang Y.D. 1.1 W diode-pumped Er:Yb laser at 1520 nm. Opt. Lett., 2008, vol. 32, no. 18, pp. 2759‒2761. DOI: 10.1364/OL.32.002759

13. Chen Y.J., Lin Y.F., Gong X.H., Tan Q.G., Luo Z.D., Huang Y.D. 2.0 W diode-pumped Er:Yb:YAl3(BO3)4 of (Er,Yb):YAl3(BO3)4 laser crystals. Crystallography Reports, 2008, vol. 53, pp. 336–338. DOI: 10.1134/S1063774508020260

14. Tolstik N.A., Kisel V.E., Kuleshov N.V., Mal- tsev V.V., Leonyuk N.I. Er,Yb:YAl3(BO3)4 ‒ efficient 1.5 µm laser crystal. Appl. Phys. B, 2009, vol. 97, no. 2, pp. 357‒362. DOI: 10.1007/s00340-009-3694-6

15. Loiko P.A., Mateos X., Kuleshov N.V., Pav- lyuk A.A., Yumashev K.V., Petrov V., Griebner U., Aguiló M., Díaz F. Thermal-lens-driven effects in -cut Yb-and Tm-doped monoclinic KLu(WO4)2 crystals. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2014, vol. 50, pp. 1‒8. DOI: 10.1109/JQE.2014.2332496