Tb3+ and Tm3+ doped Fluoride Solid-state Lasers in the Visible and Near-Infrared

In dieser Arbeit wurden Tb3+- und Tm3+-dotierte Festkörperlaser untersucht, um die physikalischen Prozesse zu verstehen, welche ihre Leistungsfähigkeit begrenzen, und Wege zu entwickeln, die einen effizienten Laserbetrieb im sichtbaren Spektralbereich ermöglichen. Für Tb:YLF wurde Raumtemperaturlasertätigkeit bei 544, 582 und 587 nm mit Rekordwirkungsgraden von 67%, 22% und 39% erzielt. Absorption aus angeregten Zuständen (ESA) begrenzte die gelbe Effizienz und verhinderte rote Lasertätigkeit. Kryogener Betrieb verbesserte das Verhältnis von Emissions- zu ESA-Wirkungsquerschnitten, wodurch 61% Wirkungsgrad bei 581 nm und rote Lasertätigkeit bei 624 nm mit 47% erreicht wurden. Geringe Übergangswirkungsquerschnitte in Tb3+ führen zu schwacher Verstärkung und Pumpabsorption, während hohe Dotierungen Aufkonversion verursachen, was zu höherer Verstärkung für Tb(28%):YLF im Vergleich zu 55% oder 100% führt. Zur Verbesserung der Pumpabsorption wurden Faserlaser und UV-Pumpen untersucht. Eine 4 m Tb:ZBLAN-Faser erzeugte 6.5 mW bei 544 nm mit 1.2% Effizienz. UV-Pumpen oberhalb 1.9% Tb3+ ermöglichte cw-Lasertätigkeit in 3 mm Tb(28%):LLF mit 40% Effizienz sowie den ersten UV-Dioden-gepumpten Tb3+-Laser. Niedrigere Tb-Konzentrationen ermöglichen unter 130 K Lasertätigkeit aus dem 5D3-Niveau bei 412.7, 435.1 und 1746 nm mit bis zu 29% Wirkungsgrad. Für Tm:YLF wurden die Eigenschaften der 1500 nm-, 800 nm- und 450 nm-Übergänge untersucht. Populationsansammlung im langlebigen 3F4-Niveau reduziert die Verstärkung und führt zu Selbstterminierung. Niedrige Tm3+-Konzentrationen mindern diese Effekte und ermöglichten Raumtemperaturlasertätigkeit auf dem 3H4-3H6-Übergang (813-834 nm) mit 54% Wirkungsgrad und 865 mW Leistung. Kaskadenlasern zur Entvölkerung des 3F4-Niveaus erlaubte cw-Lasing bei 1509 und 1923 nm mit 44% bzw. 35% Wirkungsgrad. In kryogenem Betrieb wurde Lasertätigkeit bei 450 und 1900 nm mit 39 mW bzw. 30 mW sowie bei 742 nm bei 78 K erreicht.