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.
Os lasers que operam na faixa espectral de 2 µM são altamente considerados por sua segurança ocular, alta absorção de água e baixa atenuação atmosférica. Os lasers convencionais de 2 µM normalmente requerem resfriamento criogênico para controlar os efeitos térmicos, o que aumenta a complexidade e o custo do sistema e limita sua aplicação em plataformas compactas, com restrição de espaço e móveis. Portanto, o desenvolvimento de lasers de 2 µm de temperatura ambiente de alta potência tornou-se uma importante direção de pesquisa.
Tabela 1: Visão geral de lasers de disco fino na região de 2 μm. Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Perto de HO bombeado na banda limitado por difração: laser de disco fino composto YLF a 2 μm, Optics Express (2025).
Neste estudo, os pesquisadores desenvolveram uma nova estrutura de disco fino composto baseado em HO: YLF. Combinando um 2 em. % Cristal de HO dopado: YLF Com uma camada de limite YLF não doente, a robustez mecânica do cristal foi significativamente melhorada, enquanto o efeito de amplificação da emissão espontânea foi efetivamente suprimido, aumentando assim a estabilidade da saída do laser.
Figura 1: Diagrama esquemático de HO: Cristal de disco fino composto YLF. (a) Diagrama esquemático 3D do disco fino composto HO: YLF. (b) Fotografia do disco fino composto de HO: YLF soldado ao dissipador de calor SiC. (c) Vista da seção transversal do disco fino composto HO: YLF ao longo da direção de propagação da luz da bomba. Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Perto de HO bombeado na banda limitado por difração: laser de disco fino composto YLF a 2 μm, Optics Express (2025).
Além disso, os pesquisadores otimizaram o sistema de bombeamento óptico, usando uma configuração multicanal com 12 ciclos de bombeamento combinados com uma estratégia de gerenciamento térmico eficiente. Essa abordagem não apenas garante alta produção de potência, mas também minimiza a lente térmica, resultando em uma excelente qualidade do feixe.
Figura 2: Diagrama esquemático do laser de disco fino Ho: ylf. (a) Diagrama esquemático 3D do laser de disco fino com base em um módulo de bomba 12-. (b) Diagrama da configuração experimental, mostrando a cabeça do laser de disco fino composto com um dissipador de calor refrigerado a água. Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang, et al., Perto do laser de disco fino composto composto na banda limitado por difração a laser de disco fino composto a 2 μm, Optics Express (2025).
Os resultados experimentais mostram que, quando o laser é bombeado por um laser de fibra dopado com thulium de 194 0, com um diâmetro de 1,8 mm, a potência de saída de pico atinge 26,5w, a eficiência óptica é de 38,1%e a eficiência da inclinação é 42. {11}}}%. A qualidade do feixe é quase limitada por difração e o desvio padrão relativo da estabilidade de energia é de apenas 0,35%.
Figura 3: Seções transversais de absorção e emissão de 2 a. Cristais de HO: YLF em temperatura ambiente. Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Perto de HO bombeado na banda limitado por difração: laser de disco fino composto YLF a 2 μm, Optics Express (2025).
Figura 4. Ho: YLF Power de saída de laser de disco fino medido usando 3% de transmitância oc. Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang, et al., Perto do laser de disco fino composto composto na banda limitado por difração a laser de disco fino composto a 2 μm, Optics Express (2025).
Figura 5: Espectros de temperatura ambiente de (a) bombeamento a laser de fibra dopado com thulium e (b) emissão de CW. As linhas tracejadas indicam as seções transversais de absorção e emissão do cristal ho: ylf. Cada espectro representa a média de cinco medições. Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang et al., Perto de HO bombeado na banda limitado por difração: laser de disco fino composto YLF a 2 μm, Optics Express (2025).
Figura 6: Qualidade do feixe de saída. (a) Medição M2 da qualidade do feixe de saída de 26W. (b) Perfis de feixe em diferentes distâncias (l=-200 mm, 0 mm, 100mm e 300mm). Fonte: Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang, et al., Perto do laser de disco fino composto composto na banda limitado por difração a laser de disco fino composto a 2 μm, Optics Express (2025).
O professor Fu disse: "Este trabalho abre caminho para o desenvolvimento de lasers compactos e econômicos de 2 µm de alta potência que têm o potencial de atingir níveis de 100 W, avançando a ciência a laser ultra-rápida. Também fornece uma nova abordagem para desenvolver sistemas de laser infravermelho por portátil de alta potência e portátil".
