Kurzfassung
Die erbiumdotierten Granate YSGG, GGG und YAG sowie das Fluorid YLF werden
auf ihre spektroskopischen Eigenschaften und auf ihr 3 mum Laserverhalten
unter Anregung mit 970 nm InGaAs-Halbleiterlasern grundlegend untersucht.
In Er:YSGG und in Er:YLF zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit der
Upconversion-Prozesse von der Konzentration. Aufgrund der gemessenen
Parameter ist kein monotoner Verlauf der Lasereffizienz mit der Dotierung
zu erwarten.
Cw Laserexperimente werden mit zwei polarisationsgekoppelten 1 W Laserdioden
durchgeführt. In Übereinstimmung mit den Upconversion-Messungen und der
analytischen Modellösung existiert ein Konzentrationsoptimum, welches für
Er:YSGG um 30% und für Er:YLF um 15% liegt. So sind maximale Lasereffizienzen
bis 35% realisierbar, die identisch zum Quantendefekt zwischen Pump- und
Laserphoton sind. Experimente mit höheren Pumpleistungen ergeben eine maximale
cw Ausgangsleistung von 1.1 W bei 2.8 mum mit einem Er:YLF Kristall.
Zur Bestimmung der Wirkungsquerschnitte im 3 mum Bereich werden cw
ESA-Messungen nach der pump and probe Methode mit Doppel-Lock-In-Technik
ausgeführt. Für Er:YSGG beträgt der Wirkungsquerschnitt auf der
Hauptlaserlinie von 2.79 mum 6.5*10-21 cm2 und für Er:YLF bei 2.81 mum in
pi-Polarisation 12.5*10-21 cm2.
Quasi-cw Laserexperimente werden mit Dioden-Arrays von 500 W Pumpleistung
durchgeführt. Mit einer transversalen Pumpgeometrie beträgt die maximale
Effizienz mit Er:YLF 26%. Pulsenergien bis zu 70 mJ können demonstriert
werden. Wassergekühlt in einer flow tube wird eine mittlere Ausgangsleistung
von 3.2 W bei 2.8 mum mit einer Repetitionsrate von 140 Hz realisiert.
The erbium doped garnets YSGG, GGG, and YAG as well as the fluoride YLF are fundamentally investigated concerning their spectroscopic behaviour and their 3 mum laser performance pumped by 970 nm InGaAs semiconductor lasers. Er:YSGG and Er:YLF exhibit strongly concentration dependent upconversion processes. From the upconversion parameters one can not expect a monotonous behaviour of the laser efficiency. Cw laser experiments are performed with two polarization superimposed 1 W laser diodes. The results of the concentration dependent laser experiments compare well with the optimum predicted by the upconversion measurements and the analytical model. Doping levels around 30% in Er:YSGG and 15% in Er:YLF allow the highest output powers. A maximum laser efficiency of about 35% can be achieved. This value is identical to the quantum defect between pump and laser photon. Higher pump powers yield 1.1 W cw output at 2.8 mum with an Er:YLF crystal. Cross sections around 3 mum are measured by a pump and probe method including a double lock-in technique. Er:YSGG has an emission cross section of 6.5*10-21 cm2 at 2.79 mum and Er:YLF 12.5*10-21 cm2 at 2.81 mum in pi-polarization. Quasi-cw laser experiments are performed with diode arrays of 500 W pump power. In a transversal pump geometry pulse energies up to 70 mJ and 26% slope efficiency can be achieved with Er:YLF. Water cooled in a flow tube an average output power of 3.2 W at 2.8 mum and 140 Hz repetition rate can be realized.