Разработка новых лазерных материалов, легированных ионами Tm3+, Er3+, Yb3+, и создание на их основе фемтосекундных лазеров, излучающих в спектральном диапазоне 1-2 мкм

Abstract

Объектами исследования являются новые лазерные кристаллы, легированные ионами Tm3+, Er3+ и Yb3+. Целью работы является разработка новых эффективных лазерных кристаллов, легированных ионами Tm3+, Er3+ и Yb3+, и создание экспериментальных макетов фемтосекундных лазеров на их основе, излучающих в спектральном диапазоне 1,0-2,0 мкм. Для проведения оптических измерений изготавливались полированные образцы монокристаллов диаметром рабочих поверхностей от 3 до 20 мм и толщиной от 0.05 до 10 мм. Регистрировались спектры оптического поглощения (в том числе и в поляризованном свете) и люминесценции, времена релаксации возбужденных состояний оптически активных центров. Изучались генерационные характеристики материалов при накачке излучением твердотельных лазеров и полупроводниковых лазерных диодов. Создан стенд для исследования генерационных характеристик лазерных кристаллов и стекол в режиме пассивной синхронизации мод. Проведены спектроскопические исследования монокристалла Yb:YAlO3 и получена лазерная генерация в непрерывном режиме и режиме пассивной синхронизации мод с использованием кристалла Yb:YAlO3 в качестве активного элемента при накачке лазерным диодом. Максимальная мощность лазера в непрерывном режиме генерации составила 1,2 Вт на длине волны 1,04 нм. В работе впервые реализован режим пассивной синхронизации мод, получены импульсы с длительностью 225 фс при средней выходной мощности 0,8 Вт и частоте следования импульсов 70 МГц. Создан экспериментальный макет фемтосекундного лазера на основе монокристаллов, легированных трехвалентными ионами иттербия, излучающего в спектральном диапазоне около 1 мкм. Изучены спектроскопические характеристики нового кристаллического материала Tm,Ho:KY(WO4)2, и получена лазерная генерация на ионах гольмия с излучением в области 2 мкм при накачке в полосу поглощения ионов тулия на длине волны 0,8 мкм. Реализован режим непрерывной генерации с максимальной выходной мощностью 460 мВт и дифференциальной эффективностью 44 %. Впервые получен режим генерации фемтосекундных импульсов в Tm,Ho:KY(WO4)2 лазере. Получены спектрально-ограниченные лазерные импульсы длительностью 570 фс с максимальной средней выходной мощностью до 130 мВт на длинах волн около 2055 нм.. Впервые получена лазерная генерация в режиме пассивной синхронизации мод с использованием кристалла Er,Yb:YAl3(BO3)4 в спектральном диапазоне 1,52-1,6 мкм. Минимальная длительность лазерных импульсов составила 3.8 пс, максимальная частота следования импульсов – 9.6 ГГц, максимальная средняя выходная мощность излучения – 625 мВт.