УДК: 535.14:530.182, 535.33:21.373.8, 616-005, 617.7, 617-7

Импульсно-периодические Ho:YLF лазеры, проблемы оптимизации

Серебряков В.А., Храмов В.Ю., Наривончик А.С., Калинцева Н.А., Корнев А.Ф., Павлова А.Л., Скворцов Д.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Серебряков В.А., Храмов В.Ю., Наривончик А.С., Калинцева Н.А., Корнев А.Ф., Павлова А.Л., Скворцов Д.В. Импульсно-периодические Ho:YLF лазеры, проблемы оптимизации // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 12. С. 17–24.

Serebryakov V.A., Khramov V.Yu., Narivonchik A.S., Kalintseva N.A., Kornev A.F., Pavlova A.L., Skvortsov D.V. Pulsed-periodic Ho:YLF lasers: optimization problems [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2016. V. 83. № 12. P. 17–24.

Ссылка на англоязычную версию:

V. A. Serebryakov, V. Yu. Khramov, A. S. Narivonchik, N. A. Kalintseva, A. F. Kornev, A. L. Pavlova, and D. V. Skvortsov, "Pulsed-periodic Ho:YLF lasers: optimization problems," Journal of Optical Technology. 83(12), 722-728 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000722

Аннотация:

Для задач прецизионной хирургии проанализированы перспективы создания высокоэффективных низкочастотных (100–1000 Гц) гольмиевых лазеров как источника накачки параметрического преобразователя излучения в 6–8 мкм диапазон спектра.
Обоснован выбор оптической схемы прототипа Ho:YLF лазера c требуемыми параметрами излучения: энергия в импульсе – до 80 мДж на частоте 100 Гц и 50 мДж на 1000 Гц, длительность импульса – около 20 нс, M2 ≈ 1,5.
Экспериментальное исследование зависимости поглощения и усиления слабого сигнала в широких пределах интенсивности накачки для различных концентраций Ho3+ позволили оценить вклад в генерационные параметры процессов истощения основного состояния и реабсорбции Ho-кристаллов.
Выполнено моделирование импульсно-периодических Ho:YLF лазеров при интенсивной накачке, для которой инверсия меняется в процессе генерации вдоль активной среды за счёт насыщения накачки, а также в результате обратного периодического заселения нижнего лазерного уровня. Оптимизация выполнена с учётом ограничения на лучевую прочность Но-кристаллов.

Ключевые слова:

импульсно-периодический Ho:YLF лазер, населённость, реабсорбция, истощение основного состояния

Благодарность:

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (соглашение № 14.579.21.0015).

Коды OCIS: 140.3070; 140.3538

Список источников:

1. Scholle K., Lamrini S., Koopmann P., Fuhrberg P. 2 μm Laser Sources and Their Possible Applications // Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics. 2010. ISBN 978-953-7619-82-4
2. Koch G.J., Beyon J.Y., Gibert F., Barnes B.W., Ismail S., Petros M., Petzar P.J., Yu J., Modlin E.A., Davis K.J., Singh U.N. Side-line tunable laser transmitter for differential absorption lidar measurements of CO2: design and application to atmospheric measurements // Appl. Opt. 2008. V. 47. № 7. Р. 94456.
3. Singh U., Engelund W., Refaat T., Kavaya M.J., Yu J., Petros M. Mars Atmospheric Characterization Using Advanced 2-μm Orbiting Lidar // European Planetary Science Congress. 2015. V. 10. Р. EPSC2015–52.
4. Blackmon R.L., Case J.R., Irby P.B., Trammell S.R., Fried N.M. Fiber-optic manipulation of urinary stone phantoms using holmium:YAG and thulium fiber lasers // J. Biomed. Opt. 2013. V. 18. № 2. Р. 28001.
5. Bai Y., Yu J., Wong T., Chen S., Petros M., Singh U. Single-mode, high repetition rate, compact Ho:YLF laser for space-borne lidar applications // CLEO. 2014. Technical Digest (OSA). Р. AW1P.4.
6. Kieleck C., Hildenbrand A., Schellhorn M., Stoeppler G., Eichhorn M. Compact high-power/high-energy 2 μm and mid-infrared laser sources for OCM // Proc. SPIE. 2013. V. 18. Is. 8898. Р. 889809.
7. Serebryakov V.A., Boĭko É.V., Petrishchev N.N., Yan A.V. Medical applications of mid-IR lasers. Problems and prospects // J. Optical Technology. 2010. V. 77. № 1. Р. 6–17. Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 1. Стр. 9–23.
8. Serebryakov V.А., Boĭko É.V., Kalintsev A.G., Kornev A.F., Narivonchik A.S., Pavlova A.L. Mid-IR laser for high-precision surgery // J. Optical Technology. 2015. V. 82. № 12. Р. 781–788. Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 12. Стр. 3–13.
9. Koen W., Jacobs C., Wu L., Strauss H.J. 60W Ho:YLF oscillator-amplifier system // Proc. SPIE. 2015. V. 9342. Р. 93421Y-1.
10. Kornev A.F., Narivonchik A.S., Pavlova A.L., Serebryakov V.A. Efficient 50 J/1000 Hz Q-switched Ho:YLF MOPA laser // Conf. Laser Optics. 2012. Digest (OSA). Р. ТhR1.
11. Elder I., Kendall T. Efficient Single-Pass Resonantly-Pumped Ho:YAG Laser // Proc. SPIE. 2012. V. 8543. Р. 854307-1.
12. Tan Y., Chen F., de Aldana J. R. V., Yu H., Zhang H. Quasi-three-level laser emissions of Nd doped disordered crystal waveguides // IEEE J. Select. Topics Quantum Electronics. 2014. V. 21. № 1. Р. 1–5.
13. Fan T.Y. Laser Sources and Applications / Ed. by Miller A., Finlayson D.M. Bristol: SUSSP and IOP, 1996. Р. 163–194.
14. DeLoach L.D., Payne S.A., Chase L.L., Smith L.K., Kway W.L., Krupke W.F. Evaluation of Absorption and Emission Properties of Yb3+ Doped Crystals for Laser Applications // IEEE J. Quantum Electronics. 1993. V. 29. № 4. Р. 1179–1191.
15. Kim J.W., Mackenzie J.I., Parisi D., Veronesi S., Tonelli M., Clarkson W.A. Efficient in-band pumped Ho:LuLiF4 2 μm laser // Optics Letters. 2010. V. 35. № 3. Р. 420–422.
16. Lippert E., Nicolas S., Arisholm G., Stenersen K., Rustad G. Mid infrared laser source with high power and beam quality // Appl. Opt. 2006. V. 45. Р. 3839–3845.
17. Augé F., Druon F., Balembois F., Georges P., Brun A., Mougel F., Aka G., Vivien D. Theoretical and experimental investigations of a diode-pumped quasi-three-level laser: the Yb3+-doped Ca4GdO(BO3)3 (Yb:GdCOB) laser // IEEE J. Quantum Electronics. 2000. V. 36. № 5. Р. 598–606.
18. Schellhorn M., Hirth A. Modeling of intracavity-pumped quasi-three-level lasers // IEEE J. Quantum Electronics. 2002. V. 38. № 11. Р. 1455–1464.
19. Eichhorn M. Quasi-three-level solid-state lasers in the near and mid infrared based on trivalent rare earth ions // Appl. Phys. B. 2008. V. 93. Р. 269–316.
20. Koen W., Bollig C., Strauss H., Schellhorn M., Jacobs C., Esser M.J.D. Compact fibre-laser-pumped Ho:YLF oscillator–amplifier system // Appl. Phys. B. 2009. V. 99. № 1–2. Р. 101–106.
21. Jabczynski J.K., Gorajek L., Kaskow M., Kwiatkowski J., Zendzian W., Kopczynski K. The new optimization method of Q-switched quasi-three-level lasers // Proc. SPIE. 2011. V. 8187. Р. 81870U-1.
22. Collett O.J.P. Modelling of end-pumped Ho:YLF amplifiers // Thesis for the MS degree. Stellenbosch: Stellenbosch University, 2013. 100 р.
23. Bai Y., Yu J., Petros M., Petzar P., Trieu B., Lee H., Singh U. High repetition rate and frequency stabilized Ho:YLF laser for CO2 differential absorption lidar // NASA National Aeronautics and Space Administration. 2009.
24. Dergachev A., Moulton P.F. High-Power Tm-Fiber-Laser-Pumped Ho:YLF Laser // SSDLTR (OSA). 2005. Р. 608.
25. Kwiatkowski J. Highly efficient high power CW and Q-switched Ho:YLF laser // Opto-Electron. Rev. 2015. V. 23. № 2. Р. 165–171.
26. LASER COMPONENTS. GmbH. 2011. http://www.lasercomponents.com/de/?embedded=1&file=fileadmin/user_upload/home/Datasheets/divers-optik/laserstaebe_kristalle/ylf_crystal.pdf&no_cache=1