Infrared lasers with novel geometries

Abstract

El desenvolupament de fonts de llum làser està en continu creixement, on històricament els esforços s'han centrat a augmentar la potència del làser i reduir el cost per watt mitjançant l'ús de només certes longituds d'ona a l'espectre electromagnètic. Una part d'aquesta tesi es va centrar en la caracterització de materials per al desenvolupament de nous làsers compactes, generant emissions a diferents longituds d'ona de ~1.06 um per a Yb3+ i ~1.95 um per a Tm3+; en ona continua; i tant a temperatura ambient com criogènica. Aquest treball pretén contribuir de manera rellevant a una solució que implica el desenvolupament de làsers compactes que operin a 1 micra i al voltant de 2 micres amb un alt nivell de rendiment. La novetat rau principalment en el rang espectral de 2 micres i lestratègia de refredament del vidre làser per aconseguir els resultats desitjats. Finalment, a partir del coneixement adquirit ia causa del potencial dels làsers infrarojos d'alta potència, amb geometries noves, es va aplicar a un estudi sobre fabricació additiva, obrint noves oportunitats de recerca, i millorant les propietats dels dispositius existents i reduint-ne els costos de fabricació, així com noves fonts de llum. Els resultats preliminars obtinguts serviran com a base i continuació de futurs projectes a la línia de fotònica i sistemes de fabricació avançada del centre tecnològic Eurecat.

El desarrollo de fuentes de luz láser está en continuo crecimiento,donde históricamente los esfuerzos se han centrado en aumentar la potencia del láser y reducir el costo por vatio mediante el uso de solo ciertas longitudes de onda en el espectro electromagnético.Una parte de esta tesis se centró en la caracterización de materiales para el desarrollo de nuevos láseres compactos, generando emisiones a diferentes longitudes de onda de ~1.06 um para Yb3+ y ~1.95 um para Tm3+; en onda continua; y tanto a temperatura ambiente como criogénica. Este trabajo pretende contribuir de manera relevante a una solución que implica el desarrollo de láseres compactos que operen a 1 micra y alrededor de 2 micras con un alto nivel de rendimiento. La novedad radica principalmente en el rango espectral de 2 micras y la estrategia de enfriamiento del cristal láser para conseguir los resultados deseados. Finalmente, a partir del conocimiento adquirido y debido al potencial de los láseres infrarrojos de alta potencia, con geometrías novedosas, se aplicó a un estudio sobre fabricación aditiva, abriendo nuevas oportunidades de investigación, y mejorando las propiedades de los dispositivos existentes y reduciendo los costos de fabricación. Los resultados obtenidos servirán como base y continuación de futuros proyectos en la línea de fotónica y sistemas de fabricación avanzada de Eurecat.

The development of laser light sources is continuously growing where historically efforts have focused on increasing laser power and reducing cost per watt by using only certain wavelengths in the electromagnetic spectrum. A part of this thesis focused on the characterization of materials for the development of new compact lasers, generating emissions at different wavelengths of ~1.06 um for Yb3+ and ~1.95 um for Tm3+; in continuous wave; and both at room temperature and cryogenic. This work intends to contribute in a relevant way to a solution that involves the development of compact lasers that operate at 1 micron and around 2 microns with high level performance. The novelty lies mainly in the spectral range of 2 microns and the cooling strategy of the laser crystal to achieve the desired results. Finally, from the knowledge acquired and due to the potential of high-power infrared lasers, with novel geometries, it was applied to a study on additive manufacturing, opening new research opportunities, and improving the properties of existing devices and reducing manufacturing costs, as well as new light sources. The preliminary results obtained will serve as the basis and continuation of future projects in the line of photonics and advanced manufacturing systems of the Eurecat technology center.