Laser Ho:YAG a 2097 nm bombeado por um laser de 1,91 μm ajustável com largura de linha estreita

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 999 (2023) Cite este artigo

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Este estudo apresenta um laser Ho:YAG de alta eficiência baseado em um laser de 1,91 μm ajustável com largura de linha estreita. Um laser Tm:YLF sintonizável é a fonte da bomba e a sintonia contínua do comprimento de onda varia de 1906,04 a 1908,83 nm, correspondendo a uma largura de linha inferior a 0,41 nm. O laser Tm:YLF sintonizável é alcançado alterando a temperatura operacional do VBG. A potência de saída do laser Ho:YAG está entre 21,04 e 23,53 W e a eficiência da inclinação está entre 64,08 e 68,26% na potência da bomba de 39,8 W. A potência de saída e a eficiência da inclinação correspondentes ao comprimento de onda da bomba de 1907,36 nm são 23,53 W e 68,26%, respectivamente. Este estudo ilustra que o ajuste fino do comprimento de onda da bomba é uma maneira eficaz de melhorar a eficiência da inclinação e a potência de saída do laser Ho:YAG à temperatura ambiente.

Um laser de 2,1 μm está localizado na janela atmosférica e é amplamente utilizado em aplicações como laser médico1, processamento de materiais2, sistemas de detecção e alcance de comunicação óptica lidar3 e osciladores paramétricos ópticos4,5. Atualmente, a principal abordagem para obter lasers com comprimento de onda de 2,1 μm é bombear um cristal dopado com Ho com um laser de 1,9 μm que coincide com o pico de comprimento de onda de absorção do cristal dopado com Ho. Um laser de estado sólido bombeado por um laser de 1,9 µm pode atingir um laser de 2,1 µm com alta potência, alta qualidade de feixe e largura de linha estreita à temperatura ambiente. Até agora, os lasers de estado sólido dopados com Tm e os lasers de fibra dopados com Tm eram usados ​​como fontes de bombeamento em um laser Ho:YAG de alta potência devido à melhor qualidade do feixe e maior potência. Shen e outros. relataram um laser Ho:YAG bombeado com um laser Tm:YLF em 1907,8 nm, e a potência de saída foi de 103 W com uma eficiência de inclinação de 67,8%6. O bombeamento do laser Ho:YAG com um laser de fibra dopado com Tm é uma abordagem mais compacta devido a qualidades como gerenciamento térmico mais simples, maior eficiência de conversão e menor volume. Uma potência de saída de 36 W para o laser Ho:YAG bombeado a 1907 nm por laser de fibra dopada com Tm foi relatada por Antipov et al.7.

Usar uma fonte de bomba de largura de linha estreita é uma maneira eficaz de aumentar a eficiência do laser alvo8,9. O comprimento de onda central e a largura de linha de um laser de bomba têm uma grande influência no laser Ho:YAG devido ao pico de comprimento de onda de absorção estreito do cristal Ho:YAG em 1,9 μm. Portanto, algumas pesquisas sobre o laser Ho:YAG se concentraram em fontes de bomba de largura de linha estreita. Atualmente, os lasers que usam a grade de Bragg de volume (VBG) têm a capacidade de selecionar comprimento de onda e largura de linha estreita. Chen et ai. relataram um laser Tm:YLF com um VBG e a potência de saída foi de 15,5 W a 1908,1 nm, correspondendo à largura de linha de 0,15 nm10. Wei e outros. relataram um laser Tm:YLF de largura de linha estreita com um VBG, e a potência de saída foi de 202 W a 1908,5 nm, correspondendo à largura de linha de 0,57 nm11. Atualmente, existem poucos relatos sobre lasers Tm:YLF sintonizáveis. Sheintop et ai. relataram um laser Tm:YLF sintonizável, correspondendo a uma faixa sintonizável de 1926–1961 nm12. Aqui, a seção transversal de absorção do cristal Ho:YAG em 1,91 μm foi maior do que em 1,93 μm, o que auxiliou na absorção da luz da bomba e alcançou maior potência de saída13. Portanto, um laser Ho:YAG bombeado por um laser sintonizável de 1,91 μm é um método atraente para obter maior eficiência de inclinação e potência de saída.

Este estudo propõe um laser Ho:YAG bombeado por um laser de 1,91 μm ajustável com largura de linha estreita. A fonte da bomba foi um laser Tm:YLF com faixa ajustável de 1906,04–1908,83 nm, correspondendo a uma largura de linha inferior a 0,41 nm. A qualidade do feixe do laser Tm:YLF permanece quase constante em toda a faixa de ajuste, o que é favorável para o bombeamento do laser Ho:YAG. As características de saída do laser Ho:YAG em diferentes comprimentos de onda da bomba são medidas.

A configuração experimental do laser Ho:YAG bombeado por Tm:YLF é mostrada na Fig. 1.