Universitat Rovira i Virgili
Mateos Ferré, Xavier
Aguiló Díaz, Magdalena
2011-05-18
T.1243-2011
200 p.
Universitat Rovira i Virgili. Departament de Química Física i Inorgànica
Laseres de estado sólido que operan en la región espectral de seguridad ocular alrededor de los 2 micrómetros (2µm) son de elevado interés en la actualidad debido a su potencial aplicación en los campos de la medicina, teledetección remota y como fuentes de bombeo en osciladores ópticos paramétricos (OPOs) para conversión en el infrarrojo medio. La transición láser en las 2 µm es posible en los iones de tulio (Tm) ligeramente por debajo de las 2 µm y en iones de holmio (Ho) ligeramente por encima de las 2 µm. La generación láser en iones de Tm es relativamente simple con la utilización de láseres de diodo como fuentes de bombeo, sin embargo, los láseres basados en Ho se han conseguido tradicionalmente en el pasado mediante el codopaje con Tm o mediante bombeo directo del nivel emisor del Ho. Recientemente, diodos láser que operan a 1.9 µm han aparecido en el mercado con buena eficiencia y con alto potencial para el escalado en potencia de los láseres de Ho. Los láseres de Ho son más apropiados que los láseres de Tm especialmente para aplicaciones médicas por dos razones: La longitud de onda láser ligeramente por encima de las 2 µm, donde el agua (mayor componente del cuerpo humano) presenta una ligera menor absorción que la típica longitud de onda láser del Tm, hace que el láser penetre más en el tejido humano. La segunda razón es que los láseres de Ho pueden operar en régimen pulsado generando mayores energías por pulso que los láseres de Tm debido al mayor tiempo de vida del nivel emisor 5I7 y las aplicaciones médicas requieren por lo general régimen pulsado para evitar daño térmico del tejido. Numerosos óxidos y fluoruros cristalinos han demostrado ser adecuadas matrices para Ho, sin embargo, poca atención se ha puesto en los dobles tungstatos cristalinos de fase monoclínica, de fórmula química KRE(WO4)2, brevemente KREW, donde RE = Y, Gd y Lu conocidos por ser matrices láser muy eficientes para la generación láser a potencias intermedias. Estos cristales anisotrópicos presentan una elevada sección eficaz de absorción y emisión cuando son dopados con iones lantánidos y especialmente para ciertas polarizaciones. Considerando el potencial del Ho y las buenas propiedades de KREW, nuestro trabajo se centra en la investigación de las prestaciones láser en cristales de KREW dopados con Ho utilitzando tanto Tm o Yb como iones sensibilizadores y utilizando fuentes de bombeo emitiendo a 1.9 µm que permiten la excitación directa del nivel emisor. En esta tesis, presentamos los resultados basados en el crecimiento cristalino de monocristales de Ho:KREW, codopajes (Ho,Tm) y (Ho,Yb):KLuW a diferentes concentraciones de Ho, su caracterización en términos de estructura, composición y espectroscopia y finalmente la generación láser alrededor de 2.1 µm.
Eye-safe solid-state lasers that operate in the 2µm spectral range are the subject of interest in the present years because of their potential applications in the field of remote sensing, medicine and as a pump source for Optical Parametric Oscillators (OPOs). Laser transitions around 2 µm are possible in the trivalent lanthanide ions Tm3+ (Tm) (slightly below 2 µm) and Ho3+ (Ho) (slightly above 2 µm). Laser generation in Tm ions is easily achieved with comfortable diode pump sources, however, Ho lasers have usually been achieved in the past either by co-doping the active medium with Tm or by direct pumping of the Ho ions with Tm lasers. Recently, relatively cheap diodes emitting around 1.9 µm are in the market to realize Ho lasers with great potential for power scaling. Ho lasers are more suitable than Tm lasers especially for medical applications because of two reasons: The laser wavelength is slightly above 2µm, where water (main component of human tissue) shows slightly less absorption than the typical wavelength of Tm leading to a deeper penetration in human tissue. The second reason is that Ho lasers can operate in pulsed regime delivering higher energies than Tm lasers due to the longer lifetime of the emitting level 5I7 and medical applications are required to be generally in pulsed regime to avoid thermal damage of human tissue. Many oxide and fluoride crystals were shown to be suitable host for Ho, however little attention was paid to the monoclinic potassium rare earth double tungstate crystal, shortly KRE(WO4)2 or KREW, where RE= Y, Gd, Lu known to be very efficient rare earth solid state hosts for generating intermediate power levels. These anisotropic crystals exhibit very high absorption and emission cross sections when doped with lanthanide ions and especially for selected polarizations. Considering the potentialities of Ho and good properties of KREW, our work focuses in the investigation of the laser performances of a Ho doped KREW either by using Tm or Yb as sensitizers and by using in-band pump sources emitting around 1.9 µm, where the development of compact solid state infrared laser emitting at 2.1 µm for intermediate power levels is followed. Here, in this thesis, we present the results based on growth of single doped Ho:KREW, co-doped (Ho,Tm) and (Ho,Yb):KLuW crystals of several doping concentrations, their characterisation in terms of structure, composition and spectroscopy and finally dedicated for the laser generation around 2.1 µm from these materials, which was highly successful.
Crystal growth; Rare earth ions; Potassium rare earth double tungstates; Photoluminescence; Solid state laser materials; Infrared solid-state laser
53 - Física; 535 - Óptica; 548 - Cristalografía; 6 - Ciencias aplicadas
ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
