"Juni/2018 - Weltweit effizientester direkt gelb emittierender Festkörperlaser"

Forscher am Zentrum für Lasermaterialien (ZLM) am IKZ haben unter Verwendung eines mit Terbium-Ionen (Tb3+) dotierten Fluoridkristalls den bisher effizientesten, direkt im Gelben emittierenden Festkörperlaser aufgebaut. Durch seine Emissionswellenlänge, sehr nahe an der Absorption der Natrium-D-Linie bei 589 nm, könnte dieser Laser zukünftig in der Natriumspektroskopie eingesetzt werden, z.B. für Laserleitsterne in der Astronomie oder in der Mikroskopie.

 

Die Erzeugung sichtbarer Laserstrahlung ist oft nicht einfach. So nutzen grüne Laserpointer zum Beispiel einen komplizierten nichtlinearen Prozess, um infrarotes Licht bei 1064 nm in grünes Licht bei 532 nm zu konvertieren. Dies begrenzt die Effizienz und damit auch die Batterielebensdauer dieser Laser deutlich. Farbstofflaser werden ebenfalls häufig für den sichtbaren Spektralbereich eingesetzt, jedoch sind sie durch ihr flüssiges und oft giftiges Verstärkermedium nicht unproblematisch in der Handhabung. Auch Halbleiterlaser weisen eine Lücke im grün-gelben Spektralbereich auf.

 

Diese Umstände motivieren die Forschung an seltenerd-dotierten Kristallen für Festkörperlaser mit direkter sichtbarer Laseremission am ZLM.

In den letzten Jahren wurden große Fortschritte im Bereich roter, grüner und orangener Laser, basierend auf trivalentem Praseodym (Pr3+) als aktivem Ion, erzielt. Für gelbe Laser ist Pr3+ aber nicht geeignet. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass hier Tb3+ eine Alternative darstellen könnte.

 

Lange wurde Terbium für ungeeignet als Laserion gehalten, da es Licht nur sehr schwach absorbiert und emittiert. Zudem sind in Tb3+ unerwünschte parasitäre Absorptionsprozesse intrinsisch begünstigt. Die neueste Forschung am ZLM zeigte jedoch, dass sich diese Nachteile durch die Verwendung von Fluoriden als Wirtskristallen und die Verwendung sehr hoher Dotierungskonzentrationen weitgehend kompensieren lassen.

 

Auf diese Weise konnte der bisher effizienteste direkt gelb emittierende Festkörperlaser demonstriert werden. Unter optischem Pumpen mit einem blauen Halbleiterlaser emittierte ein 28% Tb3+-dotierter Lithium-Lutetium-Fluorid Kristall (Tb:LLF) eine Ausgangsleistung von 0.5 W bei einer Laserwellenlänge von 588 nm und einer Effizienz von 25%. Derzeit ist die Laserleistung noch durch die verfügbare Pumpleistung begrenzt. Die Aussichten für die Leistungsskalierung sind jedoch sehr gut, da LLF ein etabliertes Lasermaterial ist, das bei Dotierung mit anderen Laserionen bereits die Erzeugung sehr hoher Leistungen gestattete.

 

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