High Power Diode-Pumped Erbium Laser Emitting at Near 1.5 μm

High Power Diode-Pumped Erbium Laser Emitting at Near 1.5 μm = Эрбиевый лазер, излучающий в области 1.5 мкм, с высокой выходной мощностью / K. N. Gorbachenya [et al.] // Приборы и методы измерений. – 2021. – Т. 12, № 2. – С. 91-97.

Abstract

Solid-state lasers emitting in the 1.5–1.6 μm spectral range are very promising for eye-safe laser range finding, ophthalmology, fiber-optic communication systems, and optical location. The aim of this work is the investigation of spectrosposcopic and laser properties of gain medium based on borate crystal for abovementioned lasers. Spectroscopic and laser properties of Er,Yb:YAl3(BO3)4 crystals with different concentrations of dopants were investigated. Polarized absorption and emission cross-section spectra were determined. The ytterbiumerbium energy transfer efficiency was estimated. The maximal energy transfer efficiency up to 97 % was obtained for Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 crystal. The laser operation of heavily doped crystals with erbium concentration up to 4 аt.% (2.2∙1020 cм‒3) was realized. By using of Er(2 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 crystal a maximal continuouswave (CW) output power of 1.6 W was obtained at 1522 nm with slope efficiency of 32 %. By using of Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 crystal a maximal peak output power up to 2.2 W with slope efficiency of 40 % was realized in quasi-continuous-wave regime of operation. The spatial profile of the output beam was close to TEM00 mode with M2 < 1.2 during all laser experiments. Based on the obtained results, it can be concluded that Er,Yb:YAl3(BO3)4 crystals are promising active media for lasers emitting in the spectral range of 1.5–1.6 μm for the usage in laser rangefinder and laserinduced breakdown spectroscopy systems, and LIDARs.

Abstract in another language

Твердотельные лазеры, излучающие в спектральной области 1.5‒1.6 мкм, находят широкое применение в дальнометрии, офтальмотологии, волоконно-оптических системах и оптической локации. Целью данной работы являлось исследование спектроскопических и генерационных свойств активной среды на основе кристалла бората для указанных лазеров. Проведено исследование спектроскопических и генерационных свойств кристаллов Er,Yb:YAl3(BO3)4 с различным содержанием ионов-активаторов. В результате определены спектры поперечных сечений поглощения и стимулированного испускания в поляризованном свете. Проведена оценка эффективности переноса энергии от ионов иттебия на ионы эрбия. Максимальная эффективность переноса энергии достигала 97 % для кристалла Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4. Реализована лазерная генерация для кристаллов с высоким содержанием ионов эрбия до 4 ат.% (2.2∙1020 cм‒3). При использовании кристалла Er(2 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 получен непрерывный режим генерации с максимальной выходной мощностью до 1,6 Вт на длине волны 1522 нм при дифференциальной эффективности 32 %. В квазинепрерывном режиме генерации для кристалла Er(4 at.%),Yb(11 at.%):YAl3(BO3)4 максимальная пиковая мощность достигала 2,2 Вт при дифференциальной эффективности по поглощённой мощности накачки 40 %. Профиль распределения интенсивности в поперечном сечении лазерного пучка хорошо аппроксимировался функцией Гаусса рассчитанное значение параметра распространения лазерного пучка М2 не превышало 1,2, что соответствует ТЕМ00 моде резонатора. На основе полученных результатов, можно сделать вывод, что данные кристаллы являются перспективными активными средами, для лазеров, излучающих в спектральном диапазоне 1.5‒1.6 мкм, для применения в составе систем лазерной дальнометрии, лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии и лидаров.