Laser Ho:YAG a 2097 nm pompato da un laser sintonizzabile a larghezza di linea stretta da 1,91 μm

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 999 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio presenta un laser Ho: YAG ad alta efficienza basato su un laser sintonizzabile a larghezza di linea stretta da 1,91 μm. Un laser Tm:YLF sintonizzabile è la sorgente della pompa e la sintonizzabilità continua della lunghezza d'onda varia da 1906,04 a 1908,83 nm, corrispondente a una larghezza di linea inferiore a 0,41 nm. Il laser Tm:YLF sintonizzabile si ottiene modificando la temperatura operativa del VBG. La potenza di uscita del laser Ho:YAG è compresa tra 21,04 e 23,53 W e l'efficienza della pendenza è compresa tra 64,08 e 68,26% con una potenza della pompa di 39,8 W. La potenza di uscita e l'efficienza della pendenza corrispondenti alla lunghezza d'onda della pompa di 1907,36 nm sono 23,53 W e 68,26%, rispettivamente. Questo studio dimostra che la regolazione fine della lunghezza d'onda della pompa è un modo efficace per migliorare l'efficienza della pendenza e la potenza di uscita del laser Ho:YAG a temperatura ambiente.

Un laser da 2,1 μm si trova nella finestra atmosferica ed è ampiamente utilizzato in applicazioni quali laser medicale1, lavorazione dei materiali2, sistemi di rilevamento e misurazione lidar per comunicazioni ottiche3 e oscillatori parametrici ottici4,5. Attualmente, l'approccio principale per ottenere laser con lunghezze d'onda di 2,1 μm consiste nel pompare un cristallo drogato con Ho con un laser da 1,9 μm che coincide con il picco della lunghezza d'onda di assorbimento del cristallo drogato con Ho. Un laser a stato solido pompato da un laser da 1,9 µm può ottenere un laser da 2,1 µm con elevata potenza, elevata qualità del raggio e larghezza di linea ridotta a temperatura ambiente. Fino ad ora, i laser a stato solido e a fibra drogati con Tm venivano utilizzati come sorgenti di pompa in un laser Ho:YAG ad alta potenza grazie alla migliore qualità del raggio e alla maggiore potenza. Shen et al. hanno riportato un laser Ho:YAG pompato con un laser Tm:YLF a 1907,8 nm e la potenza in uscita era di 103 W con un'efficienza di pendenza del 67,8%6. Pompare il laser Ho:YAG con un laser a fibra drogata con Tm è un approccio più compatto grazie a qualità come una gestione termica più semplice, una maggiore efficienza di conversione e un volume più piccolo. Antipov et al.7 hanno riportato una potenza di uscita di 36 W per il laser Ho:YAG pompato a 1907 nm da un laser a fibra drogata con Tm.

L'utilizzo di una sorgente di pompa a larghezza di linea ridotta è un modo efficace per aumentare l'efficienza del laser target8,9. La lunghezza d'onda centrale e la larghezza di linea di un laser a pompa hanno una grande influenza sul laser Ho:YAG a causa dello stretto picco della lunghezza d'onda di assorbimento del cristallo Ho:YAG a 1,9 μm. Pertanto, alcune ricerche sul laser Ho:YAG si sono concentrate su sorgenti di pompa a larghezza di linea ridotta. Attualmente, i laser che utilizzano il reticolo di Bragg (VBG) hanno la capacità di selezionare la lunghezza d'onda e la larghezza di linea stretta. Chen et al. hanno riportato un laser Tm:YLF con un VBG e la potenza di uscita era di 15,5 W a 1908,1 nm, corrispondente alla larghezza di linea di 0,15 nm10. Wei et al. hanno riportato un laser Tm:YLF a larghezza di linea stretta con un VBG e la potenza di uscita era di 202 W a 1908,5 nm, corrispondente alla larghezza di linea di 0,57 nm11. Al momento, ci sono pochi rapporti sui laser Tm:YLF sintonizzabili. Sheintop et al. riportato un laser Tm:YLF sintonizzabile, corrispondente a un intervallo sintonizzabile di 1926-1961 nm12. In questo caso, la sezione trasversale di assorbimento del cristallo Ho:YAG a 1,91 μm era superiore a quella a 1,93 μm, il che ha favorito l’assorbimento della luce della pompa e ha raggiunto una maggiore potenza di uscita13. Pertanto, un laser Ho:YAG pompato da un laser sintonizzabile da 1,91 μm è un metodo interessante per ottenere una maggiore efficienza della pendenza e potenza di uscita.

Questo studio propone un laser Ho: YAG pompato da un laser sintonizzabile a larghezza di linea stretta da 1,91 μm. La sorgente della pompa era un laser Tm:YLF con un intervallo regolabile di 1906,04–1908,83 nm, corrispondente a una larghezza di linea inferiore a 0,41 nm. La qualità del raggio del laser Tm:YLF rimane quasi costante sull'intero intervallo di sintonia, il che è stato favorevole per il pompaggio del laser Ho:YAG. Vengono misurate le caratteristiche di uscita del laser Ho:YAG a diverse lunghezze d'onda della pompa.

La configurazione sperimentale del laser Ho: YAG pompato da Tm: YLF è mostrata in Fig. 1.