Abstract

Radiation trapping causes significant lengthening of the measured fluorescence lifetime in optically thin solid-state laser gain media, which leads to underestimates of the stimulated emission cross section by as much as 30%. A measurement technique is demonstrated that greatly reduces radiation trapping in Yb:YAG, a prototypical quasi-three-level laser medium. The radiative lifetime of the 2F 5/2 manifold was measured to be 0.951 ms at 300 K, which is more than 10% lower than any previous measurement. This more-accurate radiative lifetime gives a 1.03-μm peak effective stimulated emission cross section of 2.3 × 10−20 cm2. Our measurement technique is expected to be most relevant for three-level and quasi-three-level laser media.

© 1994 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. B. F. Aull, H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 925 (1982).
    [CrossRef]
  2. M. D. Shinn, F. P. Milanovich, J. N. Roe, in Conference on Lasers and Electro-Optics, Vol. 11 of 1989 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1989), p. 242.
  3. P. Lacovara, H. K. Choi, C. A. Wang, R. L. Aggarwal, T. Y. Fan, Opt. Lett. 16, 1089 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
    [CrossRef]
  5. A. A. Kaminskii, E. A. Fedorov, Quantum Electron. 23, 1 (1993).
    [CrossRef]
  6. M. A. Noginov, H. P. Jenssen, in Digest of IEEE Lasers and Electro-Optics Society 1992 Annual Meeting (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1992), postdeadline paper PD9.
  7. G. A. Bogomolova, D. N. Vylegzhanin, A. A. Kaminskii, Sov. Phys. JETP 42, 440 (1975).
  8. T. T. Basiev, Yu. K. Voronko, I. S. Shcherbakov, Sov. Phys. JETP 39, 1042 (1974).
  9. H. P. Christensen, D. R. Gabbe, H. P. Jenssen, Phys. Rev. B 25, 1467 (1982).
    [CrossRef]
  10. G. M. Zverev, G. Ya. Kolodnyi, A. M. Onishchenko, Sov. Phys. JETP 33, 497 (1971).
  11. T. Y. Fan, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1457 (1993).
    [CrossRef]
  12. P. Lacovara, Ph.D. dissertation (Department of Physics, Boston College, Chestnut Hill, Mass., 1992).
  13. A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
    [CrossRef]
  14. D. S. Sumida, T. Y. Fan, in Digest of Topical Meeting on Advanced Solid-State Lasers (Optical Society of America, Washington, D.C., 1994), paper ATuC3.
  15. S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
    [CrossRef]

1993 (3)

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

A. A. Kaminskii, E. A. Fedorov, Quantum Electron. 23, 1 (1993).
[CrossRef]

T. Y. Fan, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1457 (1993).
[CrossRef]

1992 (1)

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

1991 (1)

1982 (3)

B. F. Aull, H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 925 (1982).
[CrossRef]

H. P. Christensen, D. R. Gabbe, H. P. Jenssen, Phys. Rev. B 25, 1467 (1982).
[CrossRef]

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

1975 (1)

G. A. Bogomolova, D. N. Vylegzhanin, A. A. Kaminskii, Sov. Phys. JETP 42, 440 (1975).

1974 (1)

T. T. Basiev, Yu. K. Voronko, I. S. Shcherbakov, Sov. Phys. JETP 39, 1042 (1974).

1971 (1)

G. M. Zverev, G. Ya. Kolodnyi, A. M. Onishchenko, Sov. Phys. JETP 33, 497 (1971).

Aggarwal, R. L.

Aull, B. F.

B. F. Aull, H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 925 (1982).
[CrossRef]

Avanesov, A. G.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Basiev, T. T.

T. T. Basiev, Yu. K. Voronko, I. S. Shcherbakov, Sov. Phys. JETP 39, 1042 (1974).

Bogomolova, G. A.

G. A. Bogomolova, D. N. Vylegzhanin, A. A. Kaminskii, Sov. Phys. JETP 42, 440 (1975).

Chase, L. L.

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

Choi, H. K.

Christensen, H. P.

H. P. Christensen, D. R. Gabbe, H. P. Jenssen, Phys. Rev. B 25, 1467 (1982).
[CrossRef]

DeLoach, L. D.

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

Denker, B. I.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Fan, T. Y.

T. Y. Fan, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1457 (1993).
[CrossRef]

P. Lacovara, H. K. Choi, C. A. Wang, R. L. Aggarwal, T. Y. Fan, Opt. Lett. 16, 1089 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

D. S. Sumida, T. Y. Fan, in Digest of Topical Meeting on Advanced Solid-State Lasers (Optical Society of America, Washington, D.C., 1994), paper ATuC3.

Fedorov, E. A.

A. A. Kaminskii, E. A. Fedorov, Quantum Electron. 23, 1 (1993).
[CrossRef]

Gabbe, D. R.

H. P. Christensen, D. R. Gabbe, H. P. Jenssen, Phys. Rev. B 25, 1467 (1982).
[CrossRef]

Jenssen, H. P.

H. P. Christensen, D. R. Gabbe, H. P. Jenssen, Phys. Rev. B 25, 1467 (1982).
[CrossRef]

B. F. Aull, H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 925 (1982).
[CrossRef]

M. A. Noginov, H. P. Jenssen, in Digest of IEEE Lasers and Electro-Optics Society 1992 Annual Meeting (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1992), postdeadline paper PD9.

Kaminskii, A. A.

A. A. Kaminskii, E. A. Fedorov, Quantum Electron. 23, 1 (1993).
[CrossRef]

G. A. Bogomolova, D. N. Vylegzhanin, A. A. Kaminskii, Sov. Phys. JETP 42, 440 (1975).

Kolodnyi, G. Ya.

G. M. Zverev, G. Ya. Kolodnyi, A. M. Onishchenko, Sov. Phys. JETP 33, 497 (1971).

Krupke, W. F.

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

Kway, W. L.

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

Lacovara, P.

P. Lacovara, H. K. Choi, C. A. Wang, R. L. Aggarwal, T. Y. Fan, Opt. Lett. 16, 1089 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

P. Lacovara, Ph.D. dissertation (Department of Physics, Boston College, Chestnut Hill, Mass., 1992).

Milanovich, F. P.

M. D. Shinn, F. P. Milanovich, J. N. Roe, in Conference on Lasers and Electro-Optics, Vol. 11 of 1989 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1989), p. 242.

Noginov, M. A.

M. A. Noginov, H. P. Jenssen, in Digest of IEEE Lasers and Electro-Optics Society 1992 Annual Meeting (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1992), postdeadline paper PD9.

Onishchenko, A. M.

G. M. Zverev, G. Ya. Kolodnyi, A. M. Onishchenko, Sov. Phys. JETP 33, 497 (1971).

Osiko, V. V.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Payne, S. A.

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

Pirumov, S. S.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Roe, J. N.

M. D. Shinn, F. P. Milanovich, J. N. Roe, in Conference on Lasers and Electro-Optics, Vol. 11 of 1989 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1989), p. 242.

Sakun, V. P.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Shcherbakov, I. A.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Shcherbakov, I. S.

T. T. Basiev, Yu. K. Voronko, I. S. Shcherbakov, Sov. Phys. JETP 39, 1042 (1974).

Shinn, M. D.

M. D. Shinn, F. P. Milanovich, J. N. Roe, in Conference on Lasers and Electro-Optics, Vol. 11 of 1989 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1989), p. 242.

Smirnov, V. A.

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Smith, L. K.

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

Sumida, D. S.

D. S. Sumida, T. Y. Fan, in Digest of Topical Meeting on Advanced Solid-State Lasers (Optical Society of America, Washington, D.C., 1994), paper ATuC3.

Voronko, Yu. K.

T. T. Basiev, Yu. K. Voronko, I. S. Shcherbakov, Sov. Phys. JETP 39, 1042 (1974).

Vylegzhanin, D. N.

G. A. Bogomolova, D. N. Vylegzhanin, A. A. Kaminskii, Sov. Phys. JETP 42, 440 (1975).

Wang, C. A.

Zverev, G. M.

G. M. Zverev, G. Ya. Kolodnyi, A. M. Onishchenko, Sov. Phys. JETP 33, 497 (1971).

IEEE J. Quantum Electron. (4)

B. F. Aull, H. P. Jenssen, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 925 (1982).
[CrossRef]

L. D. DeLoach, S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1179 (1993).
[CrossRef]

T. Y. Fan, IEEE J. Quantum Electron. 29, 1457 (1993).
[CrossRef]

S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2619 (1992).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (1)

H. P. Christensen, D. R. Gabbe, H. P. Jenssen, Phys. Rev. B 25, 1467 (1982).
[CrossRef]

Quantum Electron. (1)

A. A. Kaminskii, E. A. Fedorov, Quantum Electron. 23, 1 (1993).
[CrossRef]

Sov. J. Quantum Electron. (1)

A. G. Avanesov, B. I. Denker, V. V. Osiko, S. S. Pirumov, V. P. Sakun, V. A. Smirnov, I. A. Shcherbakov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 744 (1982).
[CrossRef]

Sov. Phys. JETP (3)

G. M. Zverev, G. Ya. Kolodnyi, A. M. Onishchenko, Sov. Phys. JETP 33, 497 (1971).

G. A. Bogomolova, D. N. Vylegzhanin, A. A. Kaminskii, Sov. Phys. JETP 42, 440 (1975).

T. T. Basiev, Yu. K. Voronko, I. S. Shcherbakov, Sov. Phys. JETP 39, 1042 (1974).

Other (4)

M. A. Noginov, H. P. Jenssen, in Digest of IEEE Lasers and Electro-Optics Society 1992 Annual Meeting (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1992), postdeadline paper PD9.

M. D. Shinn, F. P. Milanovich, J. N. Roe, in Conference on Lasers and Electro-Optics, Vol. 11 of 1989 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1989), p. 242.

D. S. Sumida, T. Y. Fan, in Digest of Topical Meeting on Advanced Solid-State Lasers (Optical Society of America, Washington, D.C., 1994), paper ATuC3.

P. Lacovara, Ph.D. dissertation (Department of Physics, Boston College, Chestnut Hill, Mass., 1992).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Normalized absorption and fluorescence spectra of Yb:YAG at 300 K.

Fig. 2
Fig. 2

Schematic diagram of the fluorescence lifetime measurement. The Yb:YAG sample is optically contacted between two undoped YAG pieces. HR, highly reflecting; HT, highly transmitting.

Fig. 3
Fig. 3

Measured fluorescence lifetime as a function of Yb3+ concentration in Yb:YAG for sandwiched and un-sandwiched samples, compared with previously reported values.

Metrics