Spektroskopie a laserové vlastnosti holmiem dopovaných krystalů

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá krystaly dopovanými ionty holmia, a to konkrétně jejich spektroskopickými a laserovými vlastnostmi. V teoretické části práci je uveden popis pevnolátkových laserů a možnosti jejich čerpání se zaměřením na laserové diody. Rešeršní část se zabývá holmiovými lasery generujícími v okolí vlnové délky 2,1 µm čerpané zejména pomocí laserových diod. V rámci experimentální části byla měřena detailní absorpční spektra dostupných krystalů Ho:YAG, Ho:YAP a Ho:GGAG v rozsahu vlnových délek 1670−2380 nm pomocí FTIR transmisního spektrometru. Součástí spektroskopických měření bylo měření fluorescenčních spekter v rozsahu 1500−2200 nm a měření doby doznívání fluorescence na hladině 5 I7 pomocí konfokální metody. Pro všechny krystaly klesala doba doznívání fluorescence s rostoucí koncentrací holmia. Dalším úkolem experimentální části bylo sestavení, uvedení do provozu a charakterizace holmiového laseru, který byl čerpán podélně pomocí thuliového vláknového laseru, a jehož aktivní prostředí tvořil nejprve vzorek krystalu Ho:YAP a následně vzorek krystalu Ho:GGAG. Výběrem optimální orientace krystalu Ho:YAP a výstupního zrcadla bylo dosaženo generace pulzů s vlnovou délkou 2117 nm, výkonem 3,88W a diferenciální účinností 41,1 % vzhledem k dopadajícímu čerpacímu záření. S krystalem Ho:GGAG byly emitovány pulzy s vlnovou délkou 2090,7 nm, výkonem 2,51W a diferenciální účinností 26,8 % vzhledem k dopadajícímu čerpacímu záření. V obou případech pracoval laser v režimu základního příčného módu.

This bachelor project is focused on crystals doped with holmium ions, especially on their spectroscopic and laser properties. The theoretical part describes the solid state lasers and the possibilities of their pumping with a focus on laser diodes. The research part deals with holmium lasers generating around a wavelength of 2.1 µm pumped mainly by laser diodes. In the experimental part, the detailed absorption spectra of the available Ho:YAG, Ho:YAP and Ho:GGAG crystals in the wavelength range 1670−2380 nm were measured using a FTIR transmission spectrometer. The spectroscopic measurements included the measurement of fluorescence spectra in the range of 1500−2200 nm and the measurement of the fluorescence decay time at the level of 5 I7 using the confocal method. For all crystals, the fluorescence decay time decreased with increasing holmium concentration. The other goal of the experimental part was the assembly and characterization of a holmium laser, which was pumped longitudinally by a thulium fiber laser, and whose active medium consisted first of a sample of Ho:YAP crystal and then a sample of Ho:GGAG crystal. By selecting the optimal orientation of the Ho:YAP crystal and the output coupler, pulses with a wavelength of 2117 nm, an output power of 3.88W and a slope efficiency of 41.1 % with respect to the incident pump power were achieved. Pulses with a wavelength of 2090.7 nm, an output power of 2.51W and a slope efficiency of 26.8 % with respect to the incident pump power were generated with the Ho:GGAG crystal. In both cases, the laser operated in fundamental transverse mode.