钇掺杂透明陶瓷在高能固态激光器的应用综述

本文是《High Power Laser Science and Engineering》2018年的一篇开放获取文章，由Samuel Paul David、Venkatesan Jambunathan、Antonio Lucianetti和Tomas Mocek等人撰写。文章主要探讨了基于镱元素的透明陶瓷在二极管泵浦高能固体激光器中的应用。 文章概述了近年来对高能激光源的需求，尤其是具有纳秒脉冲和几赫兹重复频率的激光器，因其在实际应用中的巨大潜力而受到广泛关注。随着大尺寸激光质量透明陶瓷制造技术的进步，已经实现了一种使用掺镱钇铝石榴石（Yb:YAG）陶瓷和掺铬钇铝石榴石（Cr:YAG）包层的二极管泵浦固体激光器，该激光器在10 Hz的重复频率下可产生100 J的脉冲能量。这一成就在HiLASE中心被实现，标志着高能激光技术的重要里程碑。 文章详细讨论了镱（Yb）基透明陶瓷作为激光介质的优势，包括其高光学质量、热管理性能和机械稳定性。镱离子（Yb3+）在激光材料中的选择是因为它具有宽的吸收和发射光谱，适合于二极管泵浦，并且在较短的脉冲宽度下能实现高效率的光-光转换。此外，透明陶瓷相对于单晶材料的优点在于其可以制造出更大的尺寸，这有助于提高激光系统的能量输出。 作者还分析了这些陶瓷材料的制备工艺，包括粉末合成、烧结以及后处理步骤，这些都是确保陶瓷内部无缺陷、均匀性和光学透明度的关键。他们讨论了掺杂剂如铬（Cr）的作用，它可以作为能量传递媒介，帮助改善激光性能。 文章进一步探讨了基于镱的透明陶瓷在高能激光系统中的潜在应用，如工业加工、医学成像、遥感和国防等领域。同时，也指出了目前存在的挑战，如热诱导的非线性效应、激光诱导损伤阈值以及如何优化激光器设计以提高整体性能。 这篇论文提供了关于镱基透明陶瓷在二极管泵浦高能固体激光器领域的最新进展，强调了这种材料在提升激光系统能量和效率方面的潜力，为未来的研究和开发提供了重要的理论基础和实践指导。