Spektroskopie und Laserexperimente an Nd3+-, Ho3+- und Tm3+-dotierten Sesquioxiden

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Patrick von Brunn

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Seltenerddotierte Sesquioxide wurden auf ihre Eignung als aktive Medien für Laser im nahen und mittleren infraroten Spektralbereich untersucht. Es wurden Tm2O3- und Nd3+:Lu2O3-Kristalle mit der Cooling Down Methode und der Wärmeaustausch Methode (HEM) gezüchtet. Untersucht wurden auch Ho3+-dotiertes Lu2O3, Sc2O3 und Y2O3 sowie Tm3+-dotiertes Lu2O3 und Sc2O3. Alle Materialien wurden spektroskopisch charakterisiert. In Nd3+:Lu2O3 konnten die Emissionswirkungsquerschnitte durchgängig in einem Wellenlängenbereich von 850 nm bis 2200 nm berechnet werden. Bei Ho3+-dotierten Sesquioxiden wurden die Emissionswirkungsquerschnitte im Wellenlängenbereich von 2500 nm bis 3200 nm erstmalig bestimmt. Die Lebensdauer des Multipletts 5I6 konnte zu ~600 µs und die des Multipletts 5I7 zu ~10 ms ermittelt werden. In Tm3+-dotierten Sesquioxiden konnte die Lage bestimmt und eine erste Abschätzung der Höhe der Emissionswirkungsquerschnitte im Wellenlängenbereich zwischen 2300 nm und 2900 nm gegeben werden. Auch in den Tm3+-dotierten Sesquioxiden ergaben die Messungen der Lebensdauer des Multipletts 3H4 mit ~300 µs deutlich kürzere Zeiten als die Lebensdauer des Multipletts 3H5 mit ~2 ms. Sowohl in Ho3+- als auch in Tm3+-dotierten Sesquioxiden konnte keine Lasertätigkeit erzielt werden. Bei Laserexperimenten mit Nd3+:Lu2O3 konnten auf insgesamt zehn unterschiedlichen Wellenlängen in einem Bereich von 917 nm bis 1463 nm Laser realisiert werden. Dabei lag bei Lasern der Wellenlänge 1076 nm und 1080 nm der maximal erreichte differentielle Wirkungsgrad mit 70 % nahe der Stokes-Effizienz von 76%. Zudem stellen die realisierten Laserwellenlängen mit 917 nm und 1463 nm die kürzeste bzw. längste bisher erzielte Wellenlänge mit einem Laser basierend auf Nd3+:Lu2O3 dar.