Mid-IR Hybrid Laser

IPGs kompakte, effiziente, robuste und leistungsfähige fasergepumpte

Mid IR Hybrid Festkörper-Laser sind die bevorzugte Wahl

für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter

Nichtmetallbearbeitung, zerstörungsfreie Inspektion,

nicht-invasive medizinische Diagnosen, Laserskalpell,

Spektroskopie, Remote-Sensorik, Bildgebung

und OPO Pumpen.

Zu den Anwendungen in der Verteidigungstechnik zählen (D)IRCM-Systeme, lasergstützte Ferndetektion explosiver Gefahrstoffe, augensicheres Lenken von intelligenter Munition und verdeckte Kommunikation.

 

Produktübersicht Mid-IR Hybridlaser

Spektrale Abdeckung

In diesem Bereich erfahren Sie mehr über unsere Mid-IR Hybridlaser, die als Festkörper-Masse-Laser sowohl im gepulsten Betrieb mit Pulsdauern im Nano-, Piko- und Femtosekundenbereich, als auch im CW Betriebsmodus verfügbar sind. Sie decken den Wellenlängenbereich von 1,64 bis 5,2 μm ab. Dank unserer hauseigenen Technologien können die Mid-IR Hybridlaser mit IPGs kostengünstigen, zuverlässigen und effizienten Erbium- und Thulium-Lasern gepumpt werden und viele Modelle sind ebenfalls mit IPGs einzigartigen aktiven Kristallen ausgestattet.

 

Mid-IR Anwendungen 

Materialbearbeitung:

  • Kunststoffschneiden, Schweißen, Markieren, Bohren
  • Kunststoffumformung
  • Aushärten von Beschichtungen
Materialbearbeitung  

Sensorik und Bildgebung:

  • Bioimaging
  • Art Imaging
  • hyperspektrale Bildverarbeitung
  • Thermographie
  • Nachverfolgung/ Zielanfahrt
  • Nachtsicht
  • LIDAR, Dopplerstreuung
Bildgebung

Medizin:

  • Diagnose, Therapie, Chirurgie;
  • Atemtest-Analysen
  • Blutzuckermessung
  • Dermatologie
  • kosmetische Behandlungen
  • Zahnheilkunde
Medizin  

Meteorologie

Klimaforschung

Astronomie

Kommunikation

Telekom
         

Spektroskopie:

  • molekulare Identifizierung und Dynamik
  • 2D IR-korrelierte Spektroskopie
  • nicht-invasive, zerstörungsfreie Messungen
  • Erkennung chemischer Wirkstoffe und biomolekulare Sensorik/ Erfassung
 
 
Spektroskopie   Verteidigung:
  • (D)IRCM-Systeme
  • Zielbeleuchtung und -kennzeichnung
  • verdeckte Kommunikation
  • Sichtlinienkommunikation
 
mil 2

Infrarotbereiche

Der Bereich des Nah-IR Spektrums erstreckt sich von 0,7 µm bis etwa 1,5-2,0 µm, die genaue Grenze zwischen NIR und Mid IR kann je nach Markt, Anwendung oder Detektionstechnologie unterschiedlich gesetzt werden.

MidIR Regions

Nah-IR und Mid IR Schwingungsbänder

Nah-IR Schwingungsbänder

Vibrational bands

Abbildung aus Metrohm, NIR-Spectroscopy, A Guide to Near-infrared Spectroscopic Analysis of Industrial Manufacturing Processes, 17 (2013). Zugriff unter: https://www.metrohm.com/en/products/spectroscopy/nirs-lab-analyzers/

Mid IR Schwingungsbänder

MidIR Vibrational Bands

Vorhandene Mid-IR Quellen

Quanten- und Intraband-Kaskadenlaser
Bleisalz- und GaSb-Laser
Gaslaser (CO2,CO, HeNe, frequenzverdoppeltes CO2)
• Chemische Laser (HF, DF)
DFG
OPO/ OPA/ OPG
Freie-Elektronen-Laser
• Massenhalbleiter wie Er:YAG, Ho:YAG, Ho:YLF und andere
Faserlaser (Thulium, Holmium und Erbium dotiert)
 
• Zahlreiche Mid-IR Laser funktionieren bei Raumtemperatur nicht aufgrund der Deaktivierung von im Verstärkungsmedium akkumulierter Energie durch strahlungslose phononunterstützte Umwandlung.
 
• Obwohl bestehende Mid-IR Quellen bereits in vielen Anwendungen zum Einsatz gekommen sind, haben sie einen oder mehrere Nachteile: begrenzte Ausgangsleistung, eingeschränkte Wellenformenauswahl, begrenzter Abstimmbarkeitsbereich, geringer Gesamtwirkungsgrad, große Messpunktfläche, komplexe Konstruktion, Kühlung und hohe Kosten.
 
• Zahlreiche entstehende Anwendungen in den Bereichen Materialbearbeitung, Medizin, Umwelt, Wissenschaft, usw. könnten durch preiswerte Durchschnitts- und Spitzenleistung, hohe Pulsenergien, Betrieb bei Raumtemperatur und ein effizientes und robustes kommerzielles Design ermöglicht werden.
 
Hier kommen die vibronischen Cr2+ und Fe2+ dotierten ZnSe/S Halbleiterlaser ins Spiel.
  MidIRLab

Vibronische Halbleiterlaser

Vibronische Halbleiterlaser   Die wichtigsten Arten von vibronischen Halbleiterlasern sind
• In mit Übergangsmetallionen dotierten Laserverstärkungsmedien gibt es eine starke Interaktion der elektronischen Zustände mit Gitterschwingungen, d.h. mit Phononen.
• Diese (vibronische) elektronische Schwingungsinteraktion führt zu einer starken homogenen Ausweitung und somit zu einer großen Verstärkungsbandbreite.
• Auf vibronischen Halbleiter-Verstärkungsmedien basierende Laser ermöglichen eine Wellenlängenabstimmungen über breite Bereiche wie auch die Erzeugung ultrakurzer Impulse.
• Der erste demonstrierte Laser war ein Rubinlaser (Cr3+:Al2O3), ein vibronischer Laser.
 
• Ti:Saphir-Laser 0,68 bis 1,08 μm
• Cr3+:LiSAF und Cr3+:LiCAF Laser ähnlich Ti:S
• Alexandrit-Laser (Cr3+:BeAl2O3) 0,7 bis 0,8 μm
• Chrom-Forsterit-Laser (Cr4+:Mg2SiO4) 1,17 bis 1,34 μm
• Cr2+:ZnSe/S Breitbandhalbleiter 1,8 bis 3,4 μm
• Fe2+:ZnSe/S Breitbandhalbleiter 3,4 bis 5,2 μm

Warum Cr und Fe ZnS/Se als Mid-IR Verstärkungsmedien?

Cr2+ und Fe2+ dotierte II-VI Verstärkungsmedien
•Strahlungsprozesse können bei Raumtemperatur aufrechterhalten werden
•Strahlenlose Umwandlung wird unterdrückt
•Ultrabreitband bis zu 50 % λ,
•Raumtemperaturbetrieb über Bereich 1,8-6,1 mm
Cr/Fe : vibronische ZnSe/ZnS/CdSe Laser: eine tragfähige Verstärkung und Mid IR Medien mit passivem Q-Schalter
 
 
Was ist das Besondere an TM2+:II-VI?
  Mid IR-Kristalle

TM (Cr2+, Co2+, V2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+ ) dotierte II-VI (II-Cd, Zn) (VI- S, Se, Te) Verbindungen haben eine große Bandlücke und einige wichtige Merkmale, die sie von anderen Oxid- und Fluorid-Laserkristallen unterscheiden.

 

Host

Maximale Phononenfrequenz, cm-1

•Chemisch beständige zweiwertige TM Dotierstoffionen, Ladungskompensation nicht erforderlich.

 

 

ZnTe

ZnSe

210

250

Kristallisation als vierflächig koordinierte Strukturen, tetraedrische Koordination (Td) ergibt eine kleine Kristallfeldspaltung, wobei die Dotierstoffübergänge im IR platziert werden.
 
 

ZnS

YAG

350

560

Die optische Phonon-Abschneidung erfolgt mit sehr geringer Energie, was die Aussichten auf eine Strahlungsumwandlung der Mid-IR Lumineszenz in diesen Kristallen maximiert.
  YLF 860

Warum Cr2+ & Fe2+?

•Die ersten Anregungsstufen treffen auf die richtige Energie zu Erzeugung einer Mid IR-Emission von 2-3 (Cr) und 3,5-5 mm (Fe).

•Die Grundebene und die ersten Anregungsebenen weisen die gleiche Drehung auf und werden daher einen relativ hohen Emissionsquerschnitt haben.

•Höherliegende Ebenen haben geringere Drehungen als die Grundebene und die ersten Anregungsebenen, was das Potential für eine signifikante Absorption des Anregungszustands an der Pumpe oder Laserübergangswellenlängen stark abschwächt.

•Die Umlaufeigenschaften am Boden und auf den ersten Anregungsebenen sind unterschiedlich und unterliegen einer deutlichen Franck-Condon-Verschiebung zwischen Absorption und Emission, was breitbandige „farbstoffartigen“ Absorptions- und Emissionseigenschaften zur Folge hat, die für einen grob abstimmbaren Laser geeignet sind.

Calculated Multiplet Structure for 3d impurities in ZnSe (nach A Fazzio, et al., Phys. Rev. B, 30, 3430 (1984)

ZnSe

Die oberen Vier: Cr:ZnSe/Cr:ZnS und Fe:ZnSe/Fe:ZnS

Absorptions- und Emissionsquerschnitte von Cr:ZnSe, Cr:ZnS (links) und Fe:ZnSe, Fe:ZnS (rechts).Querschnitte

S. Mirov, V. Fedorov, D. Martyshkin, I. Moskalev, M. Mirov, S. Vasilyev, “Progress in Mid-IR Lasers Based on Cr and Fe Doped II-VI Chalcogenides”, IEEE Selected Topics in Quantum Electronics (Angeforderte Abhandlung), Band 21, Nr. 1, 1601719 (20pp) (2015).

 

Tabelle

Spektroskopische Merkmale von Chrom- und Eisenionen in ZnS, ZnSe bei 5T25E Übergänge, σab, σem,—Spitzenabsorptions- und Emissionsquerschnitte; λab, λem—Wellenlängen der Spitzenabsorptions- bzw. Emissionsquerschnitte; ΔλFWHM –volle Bandbreite beim halben Maximum; τrad Strahlungslebensdauer; τRT77K) –Lumineszenzlebensdauer bei Raumtemperatur und 77K.

Vergleich von Cr:ZnSe und Cr:ZnS

Materialeigenschaft Cr2+:ZnSe Cr2+:ZnS
Zentrale Emissionswellenlänge, nm 2450 2350
Emissionsbandbreite, nm 860 nm 820 nm
Optische Zerstörschwelle, J/cm2 1,0 2,0
Wärmeleitfähigkeit, W/(mK) 19 27
Thermooptischer Koeffizient dn/dT, K-1 70×10-6 46×10-6
Zentrale Absorptionswellenlänge, µm 1,77 1,69
Absorptionsbandbreite, nm 400 nm 350
Fluoreszenzlebensdauer bei 77 K (300 K) 5,5 (5,5) 5,7 (4,3)
•Beide Verstärkungsmaterialien eignen sich zur direkten Erzeugung einer Mid-IR Laserstrahlung im Spektralbereich von 2-3 µm
•Der ZnS-Host hat deutlich bessere thermische Eigenschaften
•Cr2+:ZnS leidet unter thermischer Abschreckung bei hohen internen Temperaturen

Spektrale Abdeckung von Übergangsmetall-dotierten ZnS/Se Verstärkungsmedien

TM coverage

•Cr2+ und Fe2+ ZnSe/S Verstärkungsmedien ermöglichen eine breite Abdeckung des Mid IR-Bereichs bis zu 5,2 Mikron
•SHG von Cr2+ ZnSe/S erweitert die Abdeckung in den Nah-IR-Bereich (ab 0,9 Mikron)
•OPOs erweitern die Abdeckung auf längere Wellenlängen
•Momentan laufen Forschungsarbeiten zur Erweiterung der TM-dotierten ZnSe/S Abdeckung auf längere Wellenlängen
 
Mid-IR Verstärkungsmaterialien

•Cr2+ : ZnSe/S sind die Verstärkungsmaterialien der Wahl, wenn ein kompaktes faser- oder diodengepumptes CW (oder modengekoppeltes) System mit kontinuierlicher Abstimmbarkeit bei 300K über 1,8-3,4 µm, Ausgangsleistungen bis zu 20 W und hohem (bis zu 70 %) Umwandlungswirkungsgrad benötigt wird.

•Fe2+ :ZnSe/S Kristalle sind ideale Verstärkungsmaterialien für bei Raumtemperatur verstärkungsgeschaltete Laser, die über einen Spektralbereich von 3,4-5,2 mm einstellbar sind.
 
Auf Cr2+, Co2+ und Fe2+ basierende Laser: ZnSe/ZnS-Kristalle sind vielversprechend für Anwendungen aus den Bereichen Spektroskopie, Sensorik, Medizin und Verteidigung sowie zum Säen oder Pumpen von optischen parametrischen Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich.
 
Cr und Fe: Passive ZnSe/S Q-Schalter-Medien

 

  • Hohe Werte für den Sättigungsquerschnitt (10-18 cm2)
  • Geringe Sättigungsenergie (~0,1 J/cm2)
  • Gute optomechanische (Zerstörschwelle - 2 J/cm2) und physikalische Merkmale von ZnSe und ZnS Hosts

 

Cr2+ und Fe2+: ZnSe/S sättigbare Absorber sind ideale Materialien für die passive Q-Schaltung von Laserkavitäten im mittleren Infrarotbereich, die im Spektralbereich von 1,5-4,0 µm arbeiten

Passiver Q-Schalter
 
Einkristalle und Keramik
 
ceramics vs mono 
Vorzüge des Faserlaserpumpens
 
Das Diodenlaserpumpen von mittleren Infrarotlasern kann Anwendung finden, sofern die Pumpendioden im erforderlichen Spektralbereich arbeiten. Diodenpumpen in diesem Wellenlängenbereich haben jedoch einige Nachteile: Dioden im Bereich von 1,5-2 μm mit geringer Leistung Dioden mit geringer Helligkeit/schwachem Strahlqualität Große spektrale Bandbreite und schlechte Linienbreitensteuerung Von 1 μm-Dioden gepumpte Er und Tm Faserlaser haben Gesamtwirkungsgrade, die direkten Dioden in diesem Wellenlängenbereich entsprechen oder diese sogar übertreffen und können eine spektral reine beugungsbegrenzte Ausgangsleistung von bis zu 200 W bereitstellen. Sie bieten hohe Leistung, große Helligkeit und präzise Linienbreite und Linienbreitensteuerung.
 

 

IPG bietet Cr2+, Co2+ und Fe2+ diffusionsdotierte polykristalline ZnSe/ZnS Keramik-Verstärkungsmaterialien und sättigbare Absorber an. Der im eigenen Haus stattfindende Fertigungsprozess ermöglicht die kostengünstige Massenproduktion eines breiten Spektrums von eisen- und chromdotierten ZnSe/Zns-Kristallen mit geringen Verlusten, gleichmäßiger Verteilung des Übergangsmetall-Dotierstoffes und hervorragender Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit. Die optischen und spektroskopischen Merkmale dieser Kristalle machen sie zum Verstärkungsmaterial der Wahl für kompakte und effiziente Laserquellen, die im Bereich von 1,8 bis 6 Mikrometer arbeiten. Chrom- und eisendotierte ZnSe/S-Laser sind vielversprechend für Anwendungen aus den Bereichen Spektroskopie, Sensorik, Medizin und Verteidigung sowie zum Säen oder Pumpen von optischen parametrischen Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich.   Kristalle

Cr2+:ZnSe und Cr2+:ZnS laseraktive Materialien

Die einzigartige Kombination verfügbarer Pumpquellen (Er-Faser, Tm Faser, Telekommunikation oder InP-Dioden, Er:YAG/YLF; Tm: YAG/YLF), technologischer (kostengünstiges Keramikmaterial), optischer und spektroskopischer Merkmale (Ultrabreitband-Verstärkungsbandbreite, hohes σ–tau Produkt und hohe Absorptionskoeffizienten) machen sie zu den Verstärkungsmaterialien der Wahl, wenn ein kompaktes System mit kontinuierlicher Abstimmbarkeit bei 300 K über 1,8-3,4 mm, Ausgangsleistungen von bis zu 30 W und ein hoher (bis zu to 70 %) Umwandlungswirkungsgrad benötigt wird.

 

Cr2+:ZnSe/S-Laser sind vielversprechend für Anwendungen aus den Bereichen Spektroskopie, Sensorik, Medizin und Verteidigung sowie zum Säen oder Pumpen von optischen parametrischen Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich.

 

Der Fertigungsprozess von IPG ermöglicht die kostengünstige Massenproduktion eines breiten Spektrums von diffusionsdotierten Cr2+:ZnSe/ZnS Kristallen mit geringen Verlusten, gleichmäßiger Verteilung von Chrom und guter Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit.

 

uniformly doped chromium ZnSe/S

Gleichmäßig dotierte 5 x 5 x 20 mm Cr:ZnSe Kristalle

Ausgangseigenschaften von Cr:ZnSe/S Lasern basierend auf Verstärkungsmaterialien von IPG

 

Lasereigenschaften

Ausgangsparameter
CW Ausgangsleistung, W 30
CW Abstimmbereich, nm 1800 - 3400
CW Wirkungsgrad, % 70
Freilaufende Energie, J 1,05 bei 7 ms
Verstärkungsgeschaltete Energie, mJ 20 bei 15 ns
Modengekoppelte Impulsdauer, fs 50 bei 2 W

 

Fe2+:ZnSe Laseraktive Materialien

Fe²+:ZnSe-Kristalle sind ideale Verstärkungsmaterialien für bei Raumtemperatur verstärkungsgeschaltete Laser, die über einen Spektralbereich von 3,4-5,2 mm einstellbar sind.

 

Diese Laser sind vielversprechend für Anwendungen aus den Bereichen Spektroskopie, Sensorik, Medizin und Verteidigung sowie zum Säen oder Pumpen von optischen parametrischen Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich.

 

Der Fertigungsprozess von IPG ermöglicht die kostengünstige Massenproduktion eines breiten Spektrums von diffusionsdotierten Fe²+:ZnSe/ZnS Kristallen mit geringen Verlusten, gleichmäßiger Verteilung von Chrom und guter Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit.

 

Mid IR Crystals

 

TM:ZnSe/S Kristalle

Hochmoderne Fe:ZnSe Lasermerkmale

 

Lasereigenschaften

Ausgangsparameter
CW Ausgangsleistung, W 2
Abstimmbereich, nm 3400 - 5200
Wirkungsgrad, % 30
Freilaufende Energie, J 0,42 bei 250 μs bei 5 Hz
Freilaufende Durchschnittsleistung, W 35 bei 150 μs bei 100 Hz
Verstärkungsgeschaltete Energie, mJ 5 bei 15 ns

 

 

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an IPG Photonics.

close

Co2+:ZnS, Cr2+:ZnS und Cr2+:ZnSe Passive Q-Schalter

Co2+:ZnS, Cr2+:ZnS und Cr2+:ZnSe sättigbare Absorber (SA) sind ideale Materialien für passive Q-Schalter von augensicheren Fasern und Halbleiterlasern, die im Spektralbereich von 1,5-2,1 µm operieren.

 

Diese Laser kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz, wie etwa Freiraumkommunikationssystemen, Zielkennzeichnung, Flugzeit- und Reichweitenbestimmung, Chirurgie, Reflektometrie und Lidar-Laser.

 

IPG bietet eine Vielzahl an diffusionsdotierten Co2+:ZnS, Co2+:ZnSe, Cr2+:ZnS und Cr2+:ZnSe Polykristallen an, die für die Q-Schaltung von Lasern geeignet sind, die im Spektralbereich von 1,5-2,1 µm arbeiten.

 

 

 

Co Cr Zn Se S

Proben von Cr2+:ZnS, Cr2+:ZnSe und Co2+:Zns sättigbare Absorber

 

Materialeigenschaften 

Kristallografisch ZnS ZnSe
Syngonie Kubisch Kubisch
Symmetrieklasse ... 43 m
Mechanische    
Dichte, g/cm3

4,09

5,27
Youngsches Modul, Pa 7,45×1010 7,03×1010
Poissonzahl 0,28 0,28
Thermisch    
Wärmeausdehnung, °C-1 6,5×10-6 7,6×10-6
Wärmeleitfähigkeit, W/(m °C) 27,2 16
Spezifische Wärme, J/(kg °C) 0,515×103 0,339×103
Optischer    
Brechungsindex bei 1,0 µm 2,29 2,49
dn/dt, °C-1 5,4×10-5 6,1×10-5
Übertragungsbereich, µm 0,37 - 14 0,55 - 20

 

Q-Schaltung Cr:ZnS Cr:ZnSe Co:ZnS Co:ZnSe
σGSA (bei 1,54 µm) 1,6×10-18 1,3×10-18 0,7×10-18 0,76×10-18
σESA (bei 1,54 µm) 0 0,02×10-18 0,1×10-18 0,1×10-18
τGSA (bei 1,54 µm) 5 µs 8 µs 200 µs 290 µs
close

 Fe2+:ZnSe, Fe2+:ZnS Passive Q-Schalter

 

Fe2+:ZnSe und Fe2+:ZnS sättigbare Absorber (SA) sind ideale Materialien für passive Q-Schalter von Halbleiterlasern, die im Spektralbereich von 2,5-4,0 µm operieren.

Diese Laser (z.B. 3,0 µm Er:YAG/YSGG/YLF werden zum Pumpen optischer parametrischer Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich und für zahlreiche medizinische und zahntechnische Anwendungen eingesetzt.

Der Fertigungsprozess von IPG ermöglicht die kostengünstige Massenproduktion eines sehr breiten Spektrums von diffusionsdotierten Fe2+:ZnSe/Zns Kristallen mit geringen Verlusten, gleichmäßiger Verteilung von Eisen, guter Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit.

 

Fe Q sw

Proben von Fe2+:ZnSe einzelne und polykristalline sättigbare Absorber

 

 

Kristall Spitzenkoeffizient Absorption, cm-1 Lebensdauer auf oberer Ebene bei 300 K, µs σGSA bei 2,8 µm, 10-20 cm2 σgsaesa σgsa/σYSGG
Fe:ZnSe 1-20 0,37 90 0 30
Fe:ZnS 1-20 <0,3 130 0 43

 

Gemäß dem Kriterium für die Q-Schaltung des sättigbaren Absorber

 

(dabei sind sQgsa und AQ der Absorptionsquerschnitt und die Fläche des Kavitätsmodus bei passivem Q-Schalter; sYSGG und AYSGG sind der Emissionsquerschnitt und die Fläche des Kavitätsmodus am Verstärkungselement) Fe2+:ZnSe/S kann als Q-Schalter des sättigbaren Absorbers für den Cr:Er:YSGG Laser ohne Resonatorfokussierung verwendet werden.

 

In den Einfach- und Mehrfachimpulsmodi des Betriebs wurden Ausgangsenergien von 15 bzw. 85 mJ erreicht. Die Kombination von hohen Werten für den Sättigungsquerschnitt, geringer Sättigungsenergie mit guten optomechanischen (Zerstörschwelle - 2 J/cm2) und physikalischen Eigenschaften von ZnSe and ZnS Hosts machen Fe2+:ZnSe/S Kristalle zu einem idealen Material für die passive Q-Schaltung von Laserkavitäten im mittleren Infrarotbereich.

 

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an IPG Photonics

 

 

close

TM:ZnSe_S Series Datasheet

Passive Q-switch Co_ZnS Cr_ZnS and Cr_ZnSe Datasheet

Passive Q-switch Fe_ZnS and Fe_ZnSe Datasheet

TM:ZnSe_S Series Datasheet

Passive Q-switch Co_ZnS Cr_ZnS and Cr_ZnSe Datasheet

Passive Q-switch Fe_ZnS and Fe_ZnSe Datasheet

 

 

Kontakt
Wenn Sie Fragen haben oder Infomaterial anfordern möchten, kontaktieren Sie gerne unseren Vertrieb.