Ultrafast scanning of space by pulse-periodic chirped laser radiation by two orthogonal coordinates

Malinov, V.А., Pavlov, N.I., Popikov, V.S., Charukhchev, A.V.

For Russian citation (Opticheskii Zhurnal):

Малинов В.А., Павлов Н.И., Попиков В.С., Чарухчев А.В. Сверхбыстрое сканирование пространства импульсно-периодическим чирпированным лазерным излучением по двум ортогональным координатам // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 1. С. 21–29. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-01-21-29

Malinov V.A., Pavlov N.I., Popikov V.S., Charukhchev A.V. Ultrafast scanning of space by pulse-periodic chirped laser radiation by two orthogonal coordinates [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 1. P. 21–29. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-01-21-29

For citation (Journal of Optical Technology):

Abstract:

Subject of study. A laser system for ultrafast scanning of space with pulse-periodic chirped pulses based on a femtosecond master oscillator on a Yb:KYW crystal with diode pumping and a delay line with a large dispersion of the group delay time. Aim of study. Experimental realization for ultrafast scanning of space by pulse-periodic chirped laser radiation of subnanosecond duration in the task of detecting and determining the coordinates of small-sized objects of location using two diffraction gratings with orthogonal main sections by two angular coordinates. Method. Physical simulation of the operation of an ultrafast scanning system using a specially designed laser facility. Main results. A laser installation based on a femtosecond master oscillator on a Yb:KYW crystal with diode pumping and a delay line with a large time dispersion of the group delay has been developed to simulate the operation of an optical-location system using chirped laser pulses. The results of measurements of the temporal, spectral and power characteristics of laser radiation are described. The possibility of ultrafast scanning of space by two orthogonal coordinates using two diffraction gratings is demonstrated. Practical significance. The method of ultrafast scanning of space with chirped laser radiation has been experimentally tested. It is of interest for designing high-speed, high-precision laser location systems operating in the near infrared range of the spectrum.

Keywords:

optical-location system, chirped laser pulses, ultrafast scanning

OCIS codes: 040.3060, 120.0120, 140.2020, 280.0280

References:

1. Желтиков А.М. Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики. М.: Физматлит, 2006. 296 с.
Zhelticov A.M. Ultrashot pulses and methods of nonlinear optics [in Russian]. Moscow: "Physmathlit" Publ., 2006. 296 p.
2. Jiang-Lai Wu, Yi-Qing Xu, Jing-Jiang Xu, et al. Ultrafast laser-scanning time-stretch imaging at visible wavelengths // Light: Sci. & Application. 2017. V. 6. Р. e16196. http://dx.doi.org/10.1038/lsa.2016.196
3. Клинских А.Ф., Стадная Н.П. Спектрограммы чирпированных оптических импульсов // Вестник ВГУ. Сер. Физика. Математика. 2019. № 2. С. 39–45.
Klinskikh A.F., Stadnaya N.P. Spectrograms of chirped optical pulses [in Russian] // Proc. Voronezh State University. Ser.: Physics. Mathematics. 2019. № 2. P. 39–45.
4. Яцеев В.А., Зотов А.М., Бутов О.В. Использование чирпированного импульса для восстановления фазы в когерентном рефлектометре // Спецвыпуск «Фотон-Экспресс-Наука 2019». 2019. № 6. С. 46–47. http://dx.doi.org/10.24411/2308-6920-2019-16018
Yatseyev V.A., Zotov A.M., Butov O.V. Using a chirped pulse to restore the phase in a coherent reflectometer [in Russian] // Special Iss. "Photon-Express-Science 2019". 2019. № 6. P. 46–47. http://dx.doi.org/10.24411/ 2308-6920-2019-16018
5. Хисаншин В.Р., Виноградова И.Л. Повышение эффективности управления сетями связи с применением чирпированных оптических импульсов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2016. Т. 12. № 4. С. 96–104.
Khasanshin V.R., Vinogradova I.L. Improving the efficiency of communication network management using chirped optical pulses [in Russian] // Electrotechnical and Information Complexes and Systems. 2016. V. 12. № 4. P. 96–104.
6. Васильев В.П. Современное состояние высокоточной лазерной дальнометрии // УФН. 2018. Т. 188. № 7. С. 790–797.
Vasiliev V.P. Current state of high-accuracy laser ranging // Physics–Uspekhi. 2018. V. 188. № 7. P. 790–797. https://doi.org/10.3367/UFNr.2017.04.038147
7. Аснис Л.А., Васильев В.П., Волконский В.Б. Лазерная дальнометрия / под ред. Васильева В.П. и Хинрикус Х.В. М.: Радио и связь, 1996. 256 с.
Asnis L.A., Vasiliev V.P., Volkonsky V.B. Laser rangefinder [in Russian] / Ed. Vasiliev V.P., Hinricus H.V. Moscow: "Radio i svyaz " Publ., 1996. 256 p.
8. Кандидов В.П., Шленов С.А. Явление филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов и его практические приложения // в монографии: Глубокое каналирование и филаментация мощного лазерного излучения в веществе / под ред. Панченко В.Я. М.: Интерконтакт Наука, 2009. С. 185–266.
Kandidov V.P., Shlenov S.A. The phenomenon of filamentation of high-power femtosecond laser pulses and its practical applications [in Russian] // In monograph: Deep channeling and filamentation of highpower laser radiation in a substance / Ed. Panchenko V.Ya. Moscow: "Intercontact Nauka" Publ., 2009. P. 185–266.
9. Федоров В.Ю. Влияние параметров фемтосекундного лазерного импульса на филаментацию в атмосфере // Автореферат канд. дис. М.: МГУ, 2010. 26 с.
Fedorov V.Yu. Effect of femtosecond laser pulse parameters on filamentation in the atmosphere [in Russian] // Abstr. PhD Thesis. Moscow: Moscow State University, 2010. 26 p.
10. Петров А.В. Управление характеристиками области множественной филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе и модельных нелинейных средах // Автореферат канд. дис. Томск: ИОА СО РАН, 2016. 23 с.
Petrov A.V. Control of the characteristics of the region of multiple filamentation of femtosecond laser radiation in air and model nonlinear media [in Russian] // Abstr. PhD Thesis. Tomsk: Institute of Atmospheric Optics Siberian Branch of the RAS, 2016. 23 p.
11. Прилипко А.Я., Павлов Н.И. Вариант построения многофункциональной оптико-локационной системы с круговой зоной обзора // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 4. С. 51–56.
Prilipko A.Ya., Pavlov N.I. A way to construct a multifunction optical-radar system with circular coverage // J. Opt. Technol. 2008. V. 75. № 4. P. 250–254. https://doi.org/10.1364/JOT.75.000250
12. Матвеев В.Ю., Павлов Н.И. Способ обнаружения объектов и определения их местоположения и устройство для его осуществления // Патент России № 2224267. 2004.
Matveev V.Yu., Pavlov N.I. A method for detecting objects and determining their location and a device for its implementation // RF Patent № 2224267. 2004.
13. Малинов В.А., Матвеев В.Ю., Никитин Н.В. и др. Cверхбыстрое сканирование пространства фазомодулированным лазерным излучением // Оптический журнал. 2001. Т. 68. № 10. С. 37–40.
Malinov V.A., Matveev V.Yu., Nikitin N.V., et al. Superfast scanning of space with phase-modulated laser radiation // J. Opt. Technol. 2001. V. 68. № 10. P. 755–758. https://doi.org/10.1364/JOT.68.000755
14. Малинов В.А., Павлов Н.И., Чарухчев А.В. Cверхбыстрое сканирование пространства импульсным чирпированным лазерным излучением // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 8. С. 83–89. http:// dx.doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-08-83-89
Malinov V.A., Pavlov N.I., Charukhchev A.V. Ultrafast scanning of space with pulsed chirped laser radiation // J. Opt. Technol. 2019. V. 86. № 8. P. 527–532. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-08-83-89
15. Бородин В.Г., Комаров В.М., Малинов В.А. и др. Лазерная установка Прогресс-П с усилением чирпированного импульса в неодимовом стекле // Квантовая электроника. 1999. Т. 29. № 2. С. 101–105.
Borodin V.G., Komarov V.M., Malinov V.A., et al. "Progress-P" laser facility with chirped-pulse amplification in neodymium glass // Quant. Electron. 1999. V. 29. № 11. P. 939–943. https://doi.org/10.1070/QE1999v029n11ABEH001610