Yb3+離子與(yu) 晶格有強耦合,所以它有寬的泵浦頻帶,更容易使用激光二極管進行陣列泵浦。使用準三級係統能實現較少的量子缺陷,減少熱負荷。
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激光離子Yb3+的性質
InGaAs激光二極管是一種很可靠的激光泵浦源,Yb3+的泵浦頻帶與(yu) InGaAs激光二極管的光譜發射範圍完美契合。 由於(yu) Yb3+離子與(yu) 主晶格的耦合相對較強,因此與(yu) 其他稀土離子相比,它的躍遷相當寬,尤其是在波長約為(wei) 940 nm的標準泵浦時。這放寬了它對製造公差和泵浦二極管溫度穩定性的要求。
對於(yu) 高功率激光器,必須通過有效發散激光過程產(chan) 生的熱量並首先減少熱量產(chan) 生,將工作物質的溫度保持在合理水平。量子缺陷是熱負荷的不可避免的來源之一,即泵浦能量和激光光子之間的差異。原則上,這可以通過減少四能級能量方案的兩(liang) 個(ge) 上層和兩(liang) 個(ge) 下層之間的能量差來最小化,在極限情況下變成兩(liang) 能級係統。因此,人們(men) 必須在“理想”四能級係統的低激光閾值(Nd3+ 的1.06-µm 躍遷)和減少量子缺陷但增加閾值密度的“準三級係統”之間進行權衡。水平係統(Yb3+)。在這兩(liang) 種情況下,都可以直接泵浦較高的激光能級(Nd3+ 約為(wei) 870 nm,Yb3+ 約為(wei) 970 nm),這在不增加激光閾值的情況下減少了量子缺陷。然而,在這些情況下,由於(yu) 吸收線較窄,泵浦更加困難。除了減少熱負荷外,準三能級操作提高了激光效率,因此在滿足小有效體(ti) 積和高效散熱的前提下,盡管激光閾值提高,但整體(ti) 激光效率可以更高。
由於(yu) 在上激光能級 之上沒有進一步的 4f 能級,因此不存在激發態吸收 (ESA) 的風險,並且可能降低了能量遷移的風險,從(cong) 而允許更高的摻雜水平。然而,對於(yu) 更高的摻雜水平和更高的反轉,似乎存在一些尚未完全了解的非輻射複合通道。與(yu) 其他稀土離子相比,與(yu) 主體(ti) 材料晶格的強耦合以及由此產(chan) 生的相對較寬的吸收和發射線使激光二極管陣列的泵浦更容易,並允許將激光發射調諧到幾十納米或實現脈衝(chong) 寬度在100 fs到1 ps的範圍內(nei) 調諧,具體(ti) 取決(jue) 於(yu) 主晶體(ti) 和鎖模類型。缺點是峰截麵減小。具有特別強的電子-聲子耦合的主體(ti) 通常也表現出相對較低的熱導率,這使得脈衝(chong) 持續時間小於(yu) 100 fs的激光器的功率縮放更具挑戰性。
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