Разработан лазер на тонком диске на основе фторида иттрия-лития, легированного гольмием, работающий при комнатной температуре
В исследовании, опубликованном в журнале Optics Express, учёные под руководством профессора Фу Юйси из Сианьского института оптики и точной механики (XIOPM) Китайской академии наук разработали первый тонкодисковый лазер на основе фторида иттрия-лития, легированного гольмием (Ho:YLF), работающий при комнатной температуре, который может обеспечить высокую эффективность и качественный выходной сигнал непрерывного лазера. Экспериментальные результаты показали, что при накачке лазера 1940 нм волоконным лазером, легированным Tm, с диаметром пятна накачки 1,8 мм он достигал пиковой выходной мощности 26,5 Вт с оптической эффективностью 38,1% и наклонной эффективностью 42,0%. Качество луча было близко к дифракционному пределу , а относительное стандартное отклонение стабильности мощности составляло всего 0,35%.
Рис. Схема тонкого дискового кристалла из композита Ho:YLF.
(a) 3D-схема тонкого дискового композита Ho:YLF.
(b) Фотография тонкого дискового композита Ho:YLF, припаянного к радиатору SiC.
(c) Поперечное сечение тонкого дискового композита Ho:YLF вдоль направления распространения света накачки.
Кредит: Optics Express (2025). DOI: 10.1364/OE.553246
Обычные 2 мкм лазеры обычно требуют криогенного охлаждения для контроля тепловых эффектов, что увеличивает сложность и стоимость системы и ограничивает их использование в компактных, ограниченных по пространству и мобильных платформах. Поэтому разработка высокомощных 2 мкм лазеров, работающих при комнатной температуре, стала важным направлением.
Была разработана новая композитная структура тонкого диска на основе Ho:YLF. Благодаря соединению 2 at.% легированного кристалла Ho:YLF с нелегированным защитным слоем YLF механическая прочность кристалла была значительно улучшена, в то время как эффекты усиленного спонтанного излучения были эффективно подавлены, что привело к повышению стабильности выходного лазерного излучения.
Внедрив многопроходную конфигурацию с 12 циклами накачки в сочетании с эффективной стратегией теплового управления, была оптимизирована система оптической накачки. Такой подход не только обеспечил высокую выходную мощность, но и минимизировал эффекты теплового линзирования, что привело к превосходному качеству пучка.
Экспериментальные результаты показали, что при накачке лазера 1940 нм волоконным лазером, легированным Tm, с диаметром пятна накачки 1,8 мм он достигал пиковой выходной мощности 26,5 Вт с оптической эффективностью 38,1% и наклонной эффективностью 42,0%. Качество луча было близко к дифракционному пределу , а относительное стандартное отклонение стабильности мощности составляло всего 0,35%.
Эта работа прокладывает путь к компактным, экономически эффективным мощным 2 мкм лазерам с потенциалом масштабирования до уровня 100 Вт и стимулирования прогресса в области сверхбыстрых лазеров. Она также предлагает новый подход к разработке мощных и портативных инфракрасных лазерных систем.
