In a study published in Optics Express, a research team led by Professor Yuxi Fu of the Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM) of the Chinese Academy of Sciences has developed for the first time a room-temperature holmium-doped yttrium lithium fluoride (Ho:YLF) composite thin-disk laser that can achieve high-efficiency, high-quality continuous-wave laser output.
Lasers die in het 2µM -spectrale bereik werken, worden hoog aangeschreven voor hun oogveiligheid, hoge waterabsorptie en lage atmosferische verzwakking. Conventionele 2µM-lasers vereisen meestal cryogene koeling om thermische effecten te regelen, wat de complexiteit en kosten van het systeem verhoogt en hun toepassing beperkt in compacte, ruimtebeperkte en mobiele platforms. Daarom is de ontwikkeling van krachtige kamertemperatuur 2 µm lasers een belangrijke onderzoeksrichting geworden.
Tabel 1: Overzicht van dunne-schotlasers in het 2 μm-gebied. Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte ho: ylf composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
In deze studie ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe samengestelde dunne-schijfstructuur op basis van HO: YLF. Door een 2 te combineren. % gedoteerd HO: YLF -kristal met een ongedoteerde YLF -afdeklaag, de mechanische robuustheid van het kristal was aanzienlijk verbeterd, terwijl het versterkingseffect van spontane emissie effectief werd onderdrukt, waardoor de stabiliteit van de laseruitgang werd verbeterd.
Figuur 1: Schematisch diagram van HO: YLF Composiet dun schijfkristal. (A) 3D -schematisch diagram van HO: YLF Composite dunne schijf. (b) Foto van ho: ylf composiet dunne schijf gelast op sic koellichaam. (c) Dwarsdoorsnede van HO: YLF Composiet dunne schijf langs de voortplantingsrichting van pomplicht. Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte ho: ylf composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
Bovendien hebben de onderzoekers het optische pompsysteem geoptimaliseerd, met behulp van een multi-channel configuratie met 12 pompcycli gecombineerd met een efficiënte strategie voor thermische beheer. Deze benadering zorgt niet alleen voor een hoog vermogen, maar minimaliseert ook thermische lensing, wat resulteert in een uitstekende balkkwaliteit.
Figuur 2: Schematisch diagram van de HO: YLF dunne schijflaser. (a) 3D -schematisch diagram van de dunne schijflaser op basis van een 12- manierpompmodule. (b) Diagram van de experimentele opstelling, die de composiet dunne schijf laserkop toont met een watergekoelde koellichaam. Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang, et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte HO: YLF Composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
De experimentele resultaten laten zien dat wanneer de laser wordt gepompt door een 194 0 nm thulium-gedoteerde vezellaser met een diameter van 1,8 mm, het piekuitgangsvermogen 26,5 W bereikt, de optische efficiëntie 38,1%is en de hellingsefficiëntie 42. {11}}%. De bundelkwaliteit is bijna diffractie beperkt en de relatieve standaardafwijking van de vermogensstabiliteit is slechts 0,35%.
Figuur 3: Absorptie- en emissie dwarsdoorsneden van 2 bij.% Gedoteerd HO: YLF -kristallen bij kamertemperatuur. Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte ho: ylf composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
Figuur 4. HO: YLF dunne schijf laseruitgangsvermogen gemeten met behulp van 3% transmissie OC. Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang, et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte HO: YLF Composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
Figuur 5: Kamertemperatuurspectra van (a) Thulium-gedoteerde vezellaser pompen en (b) CW-emissie. De stippellijnen geven de absorptie- en emissie -dwarsdoorsneden van het HO: YLF -kristal aan. Elk spectrum vertegenwoordigt het gemiddelde van vijf metingen. Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte ho: ylf composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
Figuur 6: Uitgangsstraalkwaliteit. (A) M2 -meting van 26W -uitgangsstraalkwaliteit. (b) Balkprofielen op verschillende afstanden (l=-200 mm, 0 mm, 100 mm en 300 mm). Bron: Bingyying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang, et al., Dichtbij diffractie-beperkte in-band gepompte HO: YLF Composiet dunne schijflaser bij 2 uM, Optics Express (2025).
Professor Fu zei: "Dit werk maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van compacte, kosteneffectieve krachtige 2 µm-lasers die het potentieel hebben om 100 W-niveaus te bereiken, waardoor ultrasnelle laserwetenschappen worden ontwikkeld. Het biedt ook een nieuwe aanpak voor het ontwikkelen van hoog-krachtige en draagbare infrared lasersystemen."
