Abstract

We have successfully developed and demonstrated broadband emission Nd-doped mixed scandium garnets based on laser ceramic technology. The inhomogeneous broadening of Nd3+ fluorescence lines results in a bandwidth above 5nm that is significantly broader than that for Nd:YAG and enables subpicosecond mode-locked pulse durations. We have also found the emission cross section of 7.8×1020cm2 to be adequate for efficient energy extraction and thermal conductivity of 4.7W/mK from these new Nd-doped laser ceramics. The new laser ceramics are good candidates for laser host material in a diode-pumped subpicosecond laser system with high efficiency and high repetition rate.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Kleinbauer, R. Knappe, and R. Wallenstein, Appl. Phys. B 81, 163 (2005).
    [CrossRef]
  2. A. Agnesi, C. Pennacchio, G. C. Reali, and V. Kubecek, Opt. Lett. 22, 1645 (1997).
    [CrossRef]
  3. V. Pruneri, S. D. Butterworth, and D. C. Hanna, Opt. Lett. 21, 390 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. M. J. P. Dymott and K. J. Weingarten, Appl. Opt. 40, 3042 (2001).
    [CrossRef]
  5. Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
    [CrossRef]
  6. U. Keller, T. H. Chiu, and J. F. Ferguson, Opt. Lett. 18, 1077 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. W. Lu, L. Yan, and C. R. Menyuk, Opt. Commun. 200, 159 (2001).
    [CrossRef]
  8. E. Sorokin, M. H. Ober, I. Sorokina, E. Wintner, A. J. Schmidt, A. I. Zegumennyi, G. B. Loutts, E. W. Zharikov, and I. A. Shcherbakov, J. Opt. Soc. Am. B 10, 1436(1993).
    [CrossRef]
  9. A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).
  10. P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).
  11. W. F. Krupke, M. D. Shinn, J. E. Marion, J. A. Gaird, and S. E. Stokowski, J. Opt. Soc. Am. B 3, 102 (1986).
    [CrossRef]
  12. R. Iffländer, in Landolt-Börnstein, Group VIII, W.Schulz, H.Weber, and R.Poprawe, eds. (Springer, 2008), Vol. 1b2.
  13. D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
    [CrossRef]
  14. C. D. Brandle, Jr., and J. C. Vanderleeden, IEEE J. Quantum Electron. QE-10, 67 (1974).
    [CrossRef]
  15. V. G. Ostroumov, Y. S. Privis, V. A. Smirnov, and I. A. Shcherbakov, J. Opt. Soc. Am. B 3, 81 (1986).
    [CrossRef]

2008 (1)

R. Iffländer, in Landolt-Börnstein, Group VIII, W.Schulz, H.Weber, and R.Poprawe, eds. (Springer, 2008), Vol. 1b2.

2007 (1)

Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

J. Kleinbauer, R. Knappe, and R. Wallenstein, Appl. Phys. B 81, 163 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

2001 (2)

W. Lu, L. Yan, and C. R. Menyuk, Opt. Commun. 200, 159 (2001).
[CrossRef]

M. J. P. Dymott and K. J. Weingarten, Appl. Opt. 40, 3042 (2001).
[CrossRef]

1997 (1)

1996 (1)

1993 (2)

1991 (1)

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

1986 (2)

1974 (1)

C. D. Brandle, Jr., and J. C. Vanderleeden, IEEE J. Quantum Electron. QE-10, 67 (1974).
[CrossRef]

Agnesi, A.

Akchurin, M. S.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Alshits, V. I.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Bagayev, S. N.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Balda, R.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Bradley, W. M.

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

Brandle, C. D.

C. D. Brandle, Jr., and J. C. Vanderleeden, IEEE J. Quantum Electron. QE-10, 67 (1974).
[CrossRef]

Butterworth, S. D.

Chiu, T. H.

Dymott, M. J. P.

Eichler, H. J.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Ferguson, J. F.

Fernandez, J.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Gabler, V.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Gaird, J. A.

Gruber, J. B.

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

Hanna, D. C.

Iffländer, R.

R. Iffländer, in Landolt-Börnstein, Group VIII, W.Schulz, H.Weber, and R.Poprawe, eds. (Springer, 2008), Vol. 1b2.

Ikesue, A.

Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
[CrossRef]

Ivanov, I. A.

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Kaminskii, A. A.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Keller, U.

Kleinbauer, J.

J. Kleinbauer, R. Knappe, and R. Wallenstein, Appl. Phys. B 81, 163 (2005).
[CrossRef]

Knappe, R.

J. Kleinbauer, R. Knappe, and R. Wallenstein, Appl. Phys. B 81, 163 (2005).
[CrossRef]

Krupke, W. F.

Kubecek, V.

Loutts, G. B.

Lu, J.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Lu, W.

W. Lu, L. Yan, and C. R. Menyuk, Opt. Commun. 200, 159 (2001).
[CrossRef]

Lutts, G. B.

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Marion, J. E.

Menyuk, C. R.

W. Lu, L. Yan, and C. R. Menyuk, Opt. Commun. 200, 159 (2001).
[CrossRef]

Musha, M.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Ober, M. H.

Ostroumov, V. G.

Pennacchio, C.

Popov, P. A.

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Privis, Y. S.

Pruneri, V.

Reali, G. C.

Saikawa, J.

Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
[CrossRef]

Sardar, D. K.

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

Sato, Y.

Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
[CrossRef]

Schmidt, A. J.

Shcherbakov, I. A.

Shinn, M. D.

Shirikawa, A.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Sirota, N. N.

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Smirnov, V. A.

Sorokin, E.

Sorokina, I.

Stokowski, S. E.

Taira, T.

Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
[CrossRef]

Takaichi, K.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Ueda, K.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Uematsu, T.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Vanderleeden, J. C.

C. D. Brandle, Jr., and J. C. Vanderleeden, IEEE J. Quantum Electron. QE-10, 67 (1974).
[CrossRef]

Wallenstein, R.

J. Kleinbauer, R. Knappe, and R. Wallenstein, Appl. Phys. B 81, 163 (2005).
[CrossRef]

Weingarten, K. J.

Wintner, E.

Yagi, H.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Yan, L.

W. Lu, L. Yan, and C. R. Menyuk, Opt. Commun. 200, 159 (2001).
[CrossRef]

Yanagitani, T.

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

Yow, R. M.

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

Zagumennyi, A. I.

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Zandi, B.

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

Zegumennyi, A. I.

Zharikov, E. V.

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Zharikov, E. W.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (1)

J. Kleinbauer, R. Knappe, and R. Wallenstein, Appl. Phys. B 81, 163 (2005).
[CrossRef]

Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) (1)

A. A. Kaminskii, M. S. Akchurin, V. I. Alshits, K. Ueda, K. Takaichi, J. Lu, T. Uematsu, M. Musha, A. Shirikawa, V. Gabler, H. J. Eichler, H. Yagi, T. Yanagitani, S. N. Bagayev, J. Fernandez, and R. Balda, Crystallogr. Rep. (Transl. Kristallografiya) 48, 515 (2003).

IEEE J. Quantum Electron. (1)

C. D. Brandle, Jr., and J. C. Vanderleeden, IEEE J. Quantum Electron. QE-10, 67 (1974).
[CrossRef]

J. Lumin. (1)

D. K. Sardar, W. M. Bradley, R. M. Yow, J. B. Gruber, and B. Zandi, J. Lumin. 106, 195 (2004).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (3)

Laser Phys. (1)

P. A. Popov, N. N. Sirota, E. V. Zharikov, A. I. Zagumennyi, I. A. Ivanov, and G. B. Lutts, Laser Phys. 1, 437 (1991).

Opt. Commun. (1)

W. Lu, L. Yan, and C. R. Menyuk, Opt. Commun. 200, 159 (2001).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Opt. Mater. (1)

Y. Sato, J. Saikawa, T. Taira, and A. Ikesue, Opt. Mater. 29, 1277 (2007).
[CrossRef]

Other (1)

R. Iffländer, in Landolt-Börnstein, Group VIII, W.Schulz, H.Weber, and R.Poprawe, eds. (Springer, 2008), Vol. 1b2.

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Absorption spectrum of GY1 ceramic at room temperature.

Fig. 2
Fig. 2

Fluorescence spectrum of GY1 ceramic pumped by a room temperature cw 808 nm laser diode.

Fig. 3
Fig. 3

Comparison of the fluorescence spectrum of GY1 and Nd:YAG ceramics at room temperature in the region of 1060 nm . Inset, measured spectrum of cw lasing using GY1 ceramic.

Fig. 4
Fig. 4

Nd 3 + concentration dependence of the fluorescence lifetime for GY and YAG ceramics.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Material and Optical Properties of Typical Nd-Doped Laser Host

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

σ ( λ ) = β 8 π n 2 c τ · I ( λ ) λ 5 I ( λ ) λ d λ ,
τ = τ 0 1 + ( Nd C / Nd C h ) 2 ,

Metrics