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Temperature dependence of the emission cross section of Yb$$^{3+}$$ and Nd$$^{3+}$$ doped ceramic laser materials

Yb系及びNd系セラミックレーザー材料の誘導放出断面積の温度依存特性

泉野 亨輔*; 船曵 かのみ*; 剣持 貴弘*; 和田 元*; 桐山 博光

Izuno, Kyosuke*; Funabiki, Kanomi*; Kenmotsu, Takahiro*; Wada, Motoi*; Kiriyama, Hiromitsu

現在、他の結晶材料と比較し、セラミックレーザー材料は、短期間・低コストで大型化ができることから、多結晶セラミック材料が新規レーザー母材として注目されている。高平均出力動作時には、レーザー材料は励起光によって加熱されるため、誘導放出断面積の温度依存性を評価することが、信頼性の高いシステム設計を行う上で不可欠である。本研究では、YbドープYAG, YbドープY$$_{2}$$O$$_{3}$$, YbドープLu$$_{2}$$O$$_{3}$$といったYbイオン添加セラミック材料、及びNdイオン添加セラミック材料(NdドープGY)の誘導放出断面積の温度依存性を評価した。蛍光スペクトルのピーク強度は温度が上昇するに従って減少し、半値全幅(FWHM)は増大した。薄い試験材料を用いることにより、材料の濃度、温度にほぼ依存しない蛍光寿命が得られた。誘導放出断面積は計測した蛍光スペクトルと蛍光寿命をFuchtbauer-Ladenburug式に代入し、算出した。今回の測定データは温度を関数とした誘導放出断面積を算出する数値計算に十分応用できるもので、高平均出力レーザーを設計する際の有用なデータベースになるものと考えられる。

The photon emission properties of Yb- and Nd-doped laser ceramic materials have been investigated in the temperature range from 298 K to 400 K. The materials such as YAG, Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ and Lu$$_{2}$$O$$_{3}$$ have been adopted as host ceramic materials of the tested Yb-doped ceramics. New Nd:GY ceramics made of the mixture of GSAG and YSGG have been tested. The Nd doped GY material has the bandwidth 5 nm broader than that of Nd doped YAG. The tested ceramic materials are mounted in a heating container, which is specially designed based on the result obtained by a FEM calculation to establish a homogeneous temperature profile of the test material. The measured intensity and lifetime values are substituted into Fuchtbauer-Landenburg formula to estimate the emission cross sections. The peak emission cross sections have shown gradual decreasing trends against temperature.

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