중적외선 고체 레이저에 대해 알고 계십니까?(2부)

중적외선 고체 레이저3~5μm 파장의 레이저는 고효율, 소형, 경량의 장점을 가지며 산업, 의료, 군사 등 다양한 분야에서 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다. 대형, 고품질 중적외선 레이저 개발 더 긴 출력 파장을 갖는 수정 및 적외선 고출력 레이저 펌프 소스는 중적외선 고체 레이저의 미래 개발 방향 중 하나가 되었습니다.

이어서 중적외선 고체레이저 생성기술에 대해 이야기한다.

(2) 홀뮴 첨가 고체 레이저

2μm 대역 코히어런트 광원은 공기 중 투과율이 상대적으로 높으며 풍속 측정, 코히어런트 Lidar, 원격 감지 및 기타 응용 분야에 이상적인 광원입니다.

홀뮴 이온이 도핑된 이득 매질은 약 2.1μm의 레이저를 직접 생성할 수 있습니다. 홀뮴 이온은 가시광선 근처에서 1.9μm의 흡수 피크를 갖습니다. 이전 홀뮴 레이저는 플래시 램프에 의해 펌핑되었으며 Tm3 plus와 같은 공동 도핑된 이온이 증감제로 이득 매질에 추가되었으므로 실온에서 높은 변환 효율을 얻는 데 도움이 되지 않았습니다.

현재 이상적인 방법은 툴륨 첨가 레이저로 생성된 1.9μm 레이저를 사용하여 홀뮴 결정을 직접 펌핑하거나 약 1908nm의 반도체 레이저를 펌핑 소스로 사용하여 안정적이고 효율적인 홀뮴 레이저 출력을 얻을 수 있는 것입니다. 실온.

(3) 에르븀 첨가 고체 레이저

Er3 plus의 4I 11/2 → 4I 13/2 전이는 다양한 기판에서 2.7~3μm 대역의 레이저를 생성할 수 있으며, 이는 크세논 램프와 에르븀 재료의 고농도 도핑 농도를 LD 펌핑하여 직접 얻을 수 있습니다. 연구된 상대적으로 성숙한 재료로는 Er: YAG, Er: YLF, Er: YSGG, Er: GSGG, Er: BYF 등이 있습니다. 최근에는 Er: LuO3와 같은 매트릭스 재료로서 산화물 레이저 세라믹에 대한 연구도 있었습니다. , Er: Y2O3 등

GSGG 크리스탈 열전도도가 낮고 심각한 열 렌즈 효과가 있으며 중적외선 레이저 출력의 높은 반복 주파수, 고출력 및 높은 빔 품질을 달성하기 어렵습니다. YSGG 매트릭스 재료는 낮은 반복 주파수 매체 및 소출력 고체 레이저에 사용할 수 있으며 포논 에너지가 낮고 다중 포논 비방사 전이의 영향이 작습니다.

YAG 결정 매트릭스 성장 기술은 성숙하고 도핑이 용이하며 열 전도성이 높고 레이저 손상 임계값이 높으며 물리적, 화학적 특성이 뛰어납니다. YAG 결정과 비교하여 YLF 결정 구조 응력 및 열 응력이 더 크고 특정 열 렌즈 효과가 있으며 결정 성장 과정이 어렵습니다. Er:YAG 레이저의 펌핑 모드는 주로 크세논 램프 펌핑, LD 측면 펌핑, LD 엔드 펌핑으로 구분되며, 피크 출력과 큰 에너지로 2940nm 레이저를 출력할 수 있습니다.

(4) 전이금속 원소 크롬철 도핑 고체 레이저

전이 금속 이온 Cr2 플러스, Ni2 플러스, Co2 플러스 및 Fe2 플러스는 2-6족 반도체 재료, 특히 Cr2 플러스:ZnSe, Cr2 플러스와 같이 Cr2 플러스 이온으로 도핑된 반도체 결정에서 더 나은 중적외선 레이저 특성을 나타냅니다. ZnS는 실온에서 우수한 형광 특성, 넓은 튜닝 범위 및 높은 양자 효율을 갖습니다. Cr2 + :ZnSe는 약 2200-2700 nm의 파장 동조 범위를 갖고, Cr2 + :ZnS 결정은 2100-2700 nm의 출력 범위를 갖습니다.

(5) 비선형 기술을 기반으로 한 중적외선 레이저

①차이주파수 중적외선 고체레이저

주파수 차이가 있는 두 개의 레이저 빔이 비선형 결정에 입사하면 두 레이저 빔의 주파수 차이만큼 주파수를 갖는 새로운 레이저가 생성됩니다. 다른 비선형 프로세스와 마찬가지로 이 프로세스도 특정 임계값 조건에 도달해야 합니다. 차주파수 기술을 기반으로 가시광선~30μm 범위의 광원을 얻을 수 있으며, 대부분의 경우 원적외선을 구현하는 데 사용됩니다.

②중적외선 파라메트릭 발진 레이저

비선형 매질을 광공진기에 배치하면 펌핑된 빛이 비선형 결정에 입사하여 두 개의 새로운 저주파 빛(신호광과 유휴광)을 통해 펌핑광, 신호광, 유휴광이 여러 번 생성됩니다. 비선형 매질에서는 신호광파와 유휴광의 이득이 공진기의 손실보다 클 때 공진기에서 레이저 발진이 형성됩니다.

이것이 OPO(Optical Parametric Oscillator)입니다. 공진 거울의 코팅 설계를 통해 원하는 레이저 주파수 출력을 선택할 수 있습니다.

그림과 같습니다. Ωp는 펌핑 광 주파수, Ωs는 신호 광 주파수, woi는 유휴 광 주파수이며 Ωp=Ωs + Ωi의 관계를 충족합니다.

광 파라메트릭 발진기의 공진기는 신호광과 유휴 조명 모두 또는 주파수 중 하나에 공진할 수 있습니다. 전자를 흔히 이중 공진 파라메트릭 발진기(DRO)라고 하고, 후자를 흔히 단일 공진 광 파라메트릭 발진기(SRO)라고 합니다.

결정 내에서 전파되는 세 개의 빛 빔은 위상 정합 조건, 즉 결정의 광 파장의 굴절률과 관련된 조건을 충족해야 합니다. 펌핑된 빛이 고정된 파장으로 입사하면 굴절률의 변화가 비선형 결정은 신호광과 유휴광의 파장을 변경하여 새로운 위상 정합 조건을 얻고 파장 조정을 달성합니다.

각도 튜닝은 이방성 결정 복굴절과 각도 사이의 관계를 이용하여 달성할 수 있으며, 온도 튜닝은 온도를 변경하여 달성할 수 있습니다. 주기적 튜닝은 주기적 편광 결정의 결정 주기를 변경하여 수행할 수도 있습니다.

각도 튜닝은 이방성 결정 복굴절과 각도 사이의 관계를 이용하여 달성할 수 있으며, 온도 튜닝은 온도를 변경하여 달성할 수 있습니다. 주기적 튜닝은 주기적 편광 결정의 결정 주기를 변경하여 수행할 수도 있습니다.

비선형 결정은 중적외선 파라메트릭 발진 레이저의 핵심 구성 요소입니다. 일반적인 중적외선 비선형 결정에는 KTP, KTA, ZnGeP2(ZGP), AgGaS2, LiNbO3(LN), LiTaO3(LT), PPLN, PPLT, PPKTP, PPKTA가 포함됩니다. PPLN, PPLT, PPKTP 및 PPKTA는 주기편광 결정에 속하며 변환 효율이 높습니다. PPLN 및 PPLT에 MgO를 추가하면 결정의 손상 임계값을 향상시킬 수 있습니다.

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