Känner du till medelinfraröda halvledarlasrar? (Del 2)

Mid-infraröd halvledarlasermed en våglängd på 3~ 5μm har fördelarna med hög effektivitet, liten storlek och lätt vikt, och har ett viktigt tillämpningsvärde inom industrin, medicinsk behandling, militär, etc. Utvecklingen av stor, högkvalitativ mellaninfraröd laser kristall- och infraröda högeffektlaserpumpkällor med längre utgående våglängder har blivit en av de framtida utvecklingsriktningarna för halvinfraröd halvledarlaser.

Vi pratar sedan om generationstekniken för halvinfraröd halvledarlaser.

(2) Holmiumdopad solid laser

Den koherenta ljuskällan med 2 μm band har en relativt hög transmittans i luften och är en idealisk ljuskälla för vindhastighetsmätning, koherent Lidar, fjärranalys och andra applikationer.

Förstärkningsmediet dopat med holmiumjon kan direkt generera en laser på cirka 2,1 µm. Holmiumjoner har absorptionstoppar nära synligt ljus och 1,9 µm. Tidigare holmiumlasrar pumpades av blixtlampan, och samdopade joner såsom Tm3 plus tillsattes förstärkningsmediet som sensibilisatorer, vilket inte bidrog till att uppnå hög omvandlingseffektivitet vid rumstemperatur.

För närvarande är det idealiska sättet att använda en 1,9 µm laser genererad av en thuliumdopad laser för att direkt pumpa holmiumkristall, eller använda en halvledarlaser på cirka 1908 nm som en pumpkälla, vilket kan uppnå stabil och effektiv holmiumlaserutgång vid rumstemperatur.

(3) Erbiumdopad halvledarlaser

4I 11/2 → 4I 13/2 övergången av Er3 plus kan producera laser i bandet 2,7 ~ 3 μm i olika substrat, som kan erhållas direkt genom xenonlampa och LD-pumpning av hög dopningskoncentration av Erbiummaterial. De relativt mogna materialen som studerats inkluderar Er: YAG, Er: YLF, Er: YSGG, Er: GSGG, Er: BYF, etc. På senare år har det även gjorts studier på oxidlaserkeramik som matrismaterial, såsom Er: LuO3 , Er: Y2O3, etc.

GSGG-kristallens värmeledningsförmåga är låg, det finns en allvarlig termisk linseffekt, och det är svårt att uppnå hög repetitionsfrekvens, hög effekt och hög strålkvalitet för medelinfraröd laserutgång; YSGG-matrismaterial kan användas för lågrepetitionsfrekvens medellång och liten effekt halvledarlaser, och fononenergin är låg och påverkan av icke-strålande multifononövergång är liten.

YAG kristallmatristillväxtteknologi är mogen, lätt att dopa, har hög värmeledningsförmåga, hög laserskadetröskel och utmärkta fysikaliska och kemiska egenskaper. Jämfört med YAG-kristall, YLF-kristallstrukturspänning och termisk stress är större, det finns en viss termisk linseffekt och kristalltillväxtprocessen är svår. Pumpningsläget för Er: YAG-laser är huvudsakligen uppdelat i xenonlamppumpning, LD-sidopumpning och LD-ändpumpning, som kan mata ut 2940 nm laser med toppeffekt och stor energi.

(4) Övergångsmetallelement kromjärndopad fast laser

Övergångsmetalljoner Cr2 plus , Ni2 plus , Co2 plus och Fe2 plus uppvisar bättre medelinfraröda laseregenskaper i grupp Ⅱ-Ⅵ halvledarmaterial, speciellt halvledarkristallerna dopade med Cr2 plus joner, såsom Cr2 plus :ZnSe, Cr2 plus: ZnS, har goda fluorescensegenskaper vid rumstemperatur, brett avstämningsområde och hög kvanteffektivitet. Cr2 plus :ZnSe har ett våglängdsinställningsområde på cirka 2200-2700 nm, och Cr2 plus :ZnS-kristaller har ett utmatningsområde på 2100-2700 nm.

(5) Mellaninfraröd laser baserad på olinjär teknologi

① Skillnadsfrekvens mellaninfraröd halvledarlaser

När två laserstrålar med frekvensskillnader faller in på en icke-linjär kristall, genereras en ny laser vars frekvens är skillnaden mellan frekvensen för de två laserstrålarna. Liksom alla andra icke-linjära processer måste denna process nå vissa tröskelvillkor. Baserat på differensfrekvensteknologin kan ljuskällor i det synliga intervallet 30 µm erhållas, och används i de flesta fall för att uppnå långt infraröda vågor.

② Medium infraröd parametrisk oscillationslaser

Om det olinjära mediet placeras i den optiska resonatorn, infaller det pumpade ljuset på den olinjära kristallen och producerar två nya lågfrekventa ljus (signalljus och tomgångsljus), det pumpade ljuset, signalljuset och tomgångsljuset många gånger genom olinjärt medium, när förstärkningen av signalljusvågen och tomgångsljus är större än deras förlust i resonatorn, bildas laseroscillationen i resonatorn.

Detta är den optiska parametriska oscillatorn (OPO). Genom beläggningsdesignen av resonatorspegeln kan den önskade laserfrekvensutgången väljas.

Som visas i figuren. ωp är den pumpande optiska frekvensen, ωs är den optiska signalfrekvensen, ωi är den lediga optiska frekvensen och möter förhållandet ωp=ωs plus ωi.

Resonatorn hos en optisk parametrisk oscillator kan vara resonans för både signalljus och tomgångsljus eller till en av frekvenserna. Den förra kallas ofta en dubbelresonans parametrisk oscillator (DRO), och den senare kallas ofta en enkelresonans optisk parametrisk oscillator (SRO).

De tre ljusstrålarna som utbreder sig i kristallen måste uppfylla fasmatchningsvillkoret, det vill säga relaterat till brytningsindexet för den optiska våglängden i kristallen, om det pumpade ljuset infaller vid en fast våglängd, förändringen av brytningsindexet på den olinjära kristallen kommer att ändra våglängden för signalljuset och det vilande ljuset, för att erhålla ett nytt fasmatchningsförhållande och uppnå våglängdsinställning.

Vinkeljusteringen kan uppnås genom att använda förhållandet mellan anisotropisk kristalldubbelbrytning och vinkel, eller så kan temperaturjustering uppnås genom att ändra temperaturen. Periodisk avstämning kan också utföras genom att ändra kristallperioden för periodiska polariserade kristaller.

Vinkeljusteringen kan uppnås genom att använda förhållandet mellan anisotropisk kristalldubbelbrytning och vinkel, eller så kan temperaturjustering uppnås genom att ändra temperaturen. Periodisk avstämning kan också utföras genom att ändra kristallperioden för periodiska polariserade kristaller.

Icke-linjära kristaller är nyckelkomponenterna i mellaninfraröda parametriska oscillationslasrar. Vanliga mellaninfraröda icke-linjära kristaller inkluderar KTP, KTA, ZnGeP2 (ZGP), AgGaS2, LiNbO3 (LN), LiTaO3 (LT), PPLN, PPLT, PPKTP, PPKTA. PPLN, PPLT, PPKTP och PPKTA tillhör periodpolariserade kristaller och har hög omvandlingseffektivitet. Att lägga till MgO i PPLN och PPLT kan förbättra skadetröskeln för kristallerna.

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.