좁은 선폭 조정 가능 1.91μm 레이저로 펌핑되는 2097nm의 Ho:YAG 레이저

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 999(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 선폭이 좁은 1.91μm 레이저를 기반으로 한 고효율 Ho:YAG 레이저를 제시합니다. 조정 가능한 Tm:YLF 레이저는 펌프 소스이며 파장 연속 조정 가능성 범위는 1906.04~1908.83nm이며, 이는 0.41nm 미만의 선폭에 해당합니다. 조정 가능한 Tm:YLF 레이저는 VBG의 작동 온도를 변경하여 달성됩니다. Ho:YAG 레이저의 출력 전력은 21.04~23.53W이며, 펌프 전력 39.8W에서 기울기 효율은 64.08~68.26%입니다. 펌프 파장 1907.36nm에 해당하는 출력 전력 및 기울기 효율은 23.53W입니다. 각각 68.26%이다. 이 연구는 펌프 파장을 미세 조정하는 것이 실온에서 Ho:YAG 레이저의 경사 효율과 출력을 향상시키는 효과적인 방법임을 보여줍니다.

2.1μm 레이저는 대기 창에 위치하며 레이저 의료1, 재료 처리2, 광통신 라이더 감지 및 거리 측정 시스템3, 광 파라메트릭 발진기4,5와 같은 응용 분야에 널리 사용됩니다. 현재 2.1μm 파장의 레이저를 얻기 위한 주요 접근법은 Ho 도핑 결정의 흡수 파장 피크와 일치하는 1.9 μm 레이저로 Ho 도핑 결정을 펌핑하는 것입니다. 1.9 µm 레이저로 펌핑되는 고체 레이저는 실온에서 고출력, 높은 빔 품질 및 좁은 선폭을 갖춘 2.1 µm 레이저를 얻을 수 있습니다. 지금까지 Tm 도핑된 고체 레이저와 Tm 도핑된 파이버 레이저는 더 나은 빔 품질과 더 높은 출력으로 인해 고출력 Ho:YAG 레이저의 펌프 소스로 사용되었습니다. Shenet al. 는 1907.8nm에서 Tm:YLF 레이저로 펌핑된 Ho:YAG 레이저를 보고했으며 출력 전력은 67.8%6의 기울기 효율로 103W였습니다. Tm 도핑 파이버 레이저로 Ho:YAG 레이저를 펌핑하는 것은 단순한 열 관리, 더 높은 변환 효율성, 더 작은 부피 등의 특성으로 인해 더 컴팩트한 접근 방식입니다. Tm 도핑된 파이버 레이저에 의해 1907 nm에서 펌핑된 Ho:YAG 레이저에 대한 36 W의 출력 전력이 Antipov et al.7에 의해 보고되었습니다.

좁은 선폭 펌프 소스를 사용하는 것은 대상 레이저 효율성을 높이는 효과적인 방법입니다8,9. Ho:YAG 결정의 흡수 파장 피크가 1.9μm로 좁기 때문에 펌프 레이저의 중심 파장과 선폭은 Ho:YAG 레이저에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 Ho:YAG 레이저에 대한 일부 연구는 좁은 선폭 펌프 소스에 집중되어 있습니다. 현재 VBG(볼륨 브래그 격자)를 사용하는 레이저는 파장을 선택하고 선폭을 좁힐 수 있습니다. Chenet al. VBG를 갖춘 Tm:YLF 레이저를 보고했으며 출력 전력은 1908.1nm에서 15.5W였으며 이는 선폭 0.15nm에 해당합니다. Weiet al. VBG를 사용하여 좁은 선폭 Tm:YLF 레이저를 보고했으며 출력 전력은 1908.5nm에서 202W로 선폭 0.57nm에 해당합니다. 현재 조정 가능한 Tm:YLF 레이저에 대한 보고는 거의 없습니다. Sheintopet al. 1926-1961 nm의 조정 가능한 범위에 해당하는 조정 가능한 Tm:YLF 레이저를 보고했습니다. 여기서 Ho:YAG 결정의 흡수 단면적은 1.91μm에서 1.93μm보다 높아 펌프 광의 흡수를 돕고 더 높은 출력을 달성했습니다. 따라서 조정 가능한 1.91μm 레이저로 펌핑되는 Ho:YAG 레이저는 더 높은 경사 효율과 출력을 얻기 위한 매력적인 방법입니다.

본 연구에서는 선폭이 좁은 1.91μm 레이저로 펌핑되는 Ho:YAG 레이저를 제안합니다. 펌프 소스는 0.41 nm 미만의 선폭에 해당하는 1906.04-1908.83 nm의 조정 가능 범위를 갖는 Tm:YLF 레이저였습니다. Tm:YLF 레이저의 빔 품질은 전체 튜닝 범위에 걸쳐 거의 일정하게 유지되며 이는 Ho:YAG 레이저 펌핑에 유리했습니다. 다양한 펌프 파장에서 Ho:YAG 레이저의 출력 특성이 측정됩니다.

Tm:YLF에 의해 펌핑되는 Ho:YAG 레이저의 실험 설정이 그림 1에 나와 있습니다.