Continuous-wave Laser on Er,Yb-Codoped Pentaborate Crystal

Continuous-wave Laser on Er,Yb-Codoped Pentaborate Crystal = Непрерывный лазер на кристалле пентабората, соактивированного ионами эрбия и иттербия / K. N. Gorbachenya [et al.] // Приборы и методы измерений : научно-технический журнал. – 2019. – Т. 10, № 4. – С. 301-307.

Abstract

We report, for the first time to our knowledge, a diode-pumped continuous-wave microchip Er,Yb:YMgB5O10 laser. The purpose of this work was to study the growth technique, spectroscopic properties and continuous-wave laser performance of Er3+,Yb3+:YMgB5O10 novel crystal. Absorption and luminescence spectra as well as kinetics of luminescence decay were studied. Ytterbiumerbium energy transfer efficiency was determined. The output characteristics (output power, slope efficiency, laser wavelength) of Er3+,Yb3+:YMgB5O10 laser were determined. Two intensive absorption bands with peaks centered at 937 nm and 976 nm were observed in the absorption spectra at the wavelength near 1 μm. The maximum value of absorption cross-section was determined to be 1.5·10–20 cm2 at 976 nm for polarization E//Ng . A number of narrow lines were observed in the absorption spectra in the 1425–1575 nm spectral range (transition 4I15∕2 → 4I13∕2 of erbium ions). The lifetime of the upper laser level 4I13/2 of Er3+ ions was determined to be 390 ± 20 μs. The ytterbiumerbium energy transfer efficiency for YMgB5O10 crystal with 2 at.% of Er3+ and 11 at.% for Yb3+ was close to 84 %. The maximal continuous-wave output power of 0.2 W with slope efficiency of 8 % regarding to absorbed pump power was realized at the wavelength of 1570 nm. With the improvement of cavity parameters the output laser performance of the Er,Yb:YMgB5O10 crystal can be further enhanced. Taking into account high thermal conductivity of ≈ 6.2 W·m–1·K–1, the Er,Yb:YMgB5O10 crystal can be considered as a good gain medium for 1.5 μm lasers for applications in laser rangefinder and LIDAR systems.

Abstract in another language

Впервые сообщается о непрерывном лазере на кристалле Er,Yb:YMgB5O10 с диодной накачкой. Изучены условия синтеза кристаллов, спектры поглощения и люминесценции, кинетики затухания люминесценции. Определена эффективность переноса энергии от ионов иттербия к ионам эрбия. Определены выходные характеристики (выходная мощность, дифференциальный КПД, длина волны генерации) лазера на основе кристалла Er3+,Yb3+:YMgB5O10 . В спектрах поглощения в области 1 мкм наблюдаются две интенсивные полосы поглощения с пиками на длинах волн 937 нм и 976 нм. Максимальное поперечное сечение поглощения достигает 1.5·10–20 cм2 на длине волны 976 нм для поляризации E//Ng. В спектре поглощения в спектральной области 1425–1575 нм наблюдается набор узких полос поглощения. Измеренное время жизни верхнего уровня 4I13/2 ионов Er3+ составило 390 ± 20 мкс. Эффективность переноса энергии от ионов иттербия к ионам эрбия для кристалла Er(2 ат.%),Yb(11 ат.%):YMgB5O10 достигала 84 %. Максимальная выходная мощность лазерной генерации на длине волны 1570 нм составила 0,2 Вт при дифференциальном КПД 8 %. Благодаря высокой теплопроводности (≈ 6.2 Вт·м–1·K–1) кристалла Er,Yb:YMgB5O10 , он может быть с успехом использован в качестве активной среды для лазеров дальномерных систем и ЛИДАРов.