ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-12-14-23

УДК: 621.373.826

Компактный мощный субнаносекундный микрочип-лазер на кристалле Nd:YAG/Cr:YAG, работающий без системы термостабилизации

Ссылка для цитирования:
Яковин М.Д., Яковин Д.В., Грибанов А.В. Компактный мощный субнаносекундный микрочип-лазер на кристалле Nd:YAG/Cr:YAG, работающий без системы термостабилизации // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 12. С. 14–23. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-12-14-23

 

Yakovin M.D., Yakovin D.V., Gribanov A.V. Compact powerful subnanosecond microchip laser based on Nd:YAG/Cr:YAG crystal operating without thermal stabilization system [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 12. P. 14–23. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-12-14-23

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Лабораторный макет малогабаритной микрочип-лазерной системы, в состав которого входят излучатель на основе активного кристалла Nd:YAG/Cr:YAG с пассивной модуляцией добротности, система накачки — мультиволновая матрица лазерных диодов, состоящая из 5 линеек лазерных диодов, система линз для коллимации и фокусировки излучения накачки, а также источник питания лазерных диодов. Цель работы. Разработать и исследовать компактный, портативный, микрочип-лазер с высокой пиковой мощностью и энергией в импульсе, работающий в широком температурном диапазоне. Метод. Благодаря использованию в качестве источника накачки мультиволновой лазерной диодной линейки лазер не требует сложных схем термостабилизации. Система коллимации по быстрой оси, разработанная для всех линеек лазерных диодов, обеспечивает эффективную и стабильную работу. Основные результаты. Продемонстрирована возможность применения массива мультиволновых лазерных диодов в качестве источника накачки микрочипового Nd:YAG-лазера с пассивной модуляцией добротности на основе насыщающегося поглотителя Cr:YAG. Такая накачка позволяет работать без необходимости использования системы термостабилизации при типичных условиях окружающей среды. Создана малогабаритная микрочиповая лазерная система (с учётом источника питания лазерных диодов накачки объёмом порядка 1 дм3). При частоте следования импульсов лазерной диодной матрицы накачки 20 Гц и длительности 300 мкс средняя выходная мощность лазера составляет 203 мВт на длине волны 1064 нм. Энергия в импульсе генерации более 10 мДж, что соответствует пиковой мощности 50 МВт. Расходимость излучения — 3,5 мрад, диаметр пучка на расстоянии 500 мм от резонатора — 2 мм. Стабильность средней выходной мощности лазерной системы лучше 3% в диапазоне температур окружающей среды от 16 до 30 °С без использования системы термостабилизации. Практическая значимость. Разработан компактный источник мощных коротких импульсов, который может работать в широком диапазоне температур без системы термостабилизации, что делает его идеальным выбором для портативных систем и устройств. Он может найти применения в различных областях, таких как, оптическая локация и дальнометрия, зондирование атмосферы, спектроскопия, обработка материалов и нелинейная оптика.

Ключевые слова:

микрочип-лазер, гранат-неодимовый лазер, пассивная модуляция добротности, алюмоиттриевый гранат, легированный хромом, диодная накачка, юстировка

Благодарность:
авторы выражают благодарность Алексею Редюку (НГУ) и Сергею Микерину (ИАиЭ СО РАН) за полезную помощь в подготовке статьи. Авторы выражают благодарность сотрудникам компании ООО «АКАДЕМЛАЗЕРМАШ» за полезные обсуждения и идеи. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 17-72-30006).

Коды OCIS: 140.3530,140.3480, 140.3540, 220.3620.

Список источников:
  1. Zayhowski J.J., Dill C. Diode-pumped passively Q-switched picosecond microchip lasers // Optics letters. 1994. V. 19. № 18. P. 1427–1429. https://doi.org/10.1364/OL.19.001427
  2. Krebs D.J., Novo-Gradac A.M., Li S.X., Lindauer S.J., Afzal R.S., Anthony W.Y. Compact, passively Q-switched Nd: YAG laser for the MESSENGER mission to Mercury // Applied Optics. 2005. V. 44. № 9. P. 1715–1718. https://doi.org/10.1364/AO.44.001715
  3. Kallenbach R., Murphy E., Gramkow B., Rech M., Weidlich K., Leikert T., Henkelmann R., Trefzger B., Metz B., Michaelis H., Lingenauber K., DelTogno S., Behnke T., Thomas N., Piazza D., Seiferlin K. Space-qualified laser system for the BepiColombo Laser Altimeter // Applied Optics. 2013. V. 52. № 36. P. 8732–8746. https://doi.org/10.1364/AO.52.008732
  4. Krichbaumer W., Herrmann H., Nagel E., Häring R., Streicher J., WernerC., Mehnert A., Halldorsson T., Heinemann S., Peuser P., Schmitt N.P. A diode-pumped Nd: YAG lidar for airborne cloud measurements // Optics & Laser Technology. 1993. V. 25. № 5. P. 283–287. https://doi.org/10.1016/0030-3992(93)90015-8
  5. Binks D.J., Golding P.S., King T.A. Compact all-solid-state high repetition rate tunable ultraviolet source for airborne atmospheric gas sensing // Journal of Modern Optics. 2000. V. 47. № 11. P. 1899–1912. https://doi.org/10.1080/09500340008232442
  6. Lopez-Moreno C., Smith B.W., Gornushkin I.B., Omenetto N., Palanco S., Laserna J.J., Winefordner J.D. Quantitative analysis of low-alloy steel by microchip laser induced breakdown spectroscopy // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2005. V. 20. № 6. P. 552–556. https://doi.org/10.1039/B419173K
  7. Neumann J., Lang T., Huss R., Ernst M., Moalem A., Kolleck C., Kracht D. Development of a pulsed laser system for laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) // International Conference on Space Optics — ICSO 2012. 105642J. 20 November 2017. Proceedings of SPIE. 2017. V. 10564. P. 655–660. https://doi.org/10.1117/12.2309093
  8. Ancona A., Nodop D., Limpert J., Nolte S., Tünnermann A. Microdrilling of metals with an inexpensive and compact ultra-short-pulse fiber amplified microchip laser // Applied Physics A. 2009. V. 94. P. 19–24. https://doi.org/10.1007/s00339-008-4906-3
  9. Bhandari R., Taira T. Above 6 MW peak power at 532 nm from passively Q-switched Nd: YAG/Cr4+:YAG microchip laser // Optics Express. 2011. V. 19. № 20. P. 19135–19141. https://doi.org/10.1364/OE.19.019135
  10. Bhandari R., Taira T., Miyamoto A., Furukawa Y., Tago T. Above 3 MW peak power at 266 nm using Nd: YAG/Cr4+:YAG microchip laser and fluxless-BBO // Optical Materials Express. 2012. V. 2. № 7. P. 907–913. https://doi.org/10.1364/OME.2.000907
  11. Гао Ш. Пассивная модуляция добротности YVO4/Nd:YVO4/KTP-лазера зеленого диапазона с внутрирезонаторным удвоением частоты и с насыщающимся поглотителем из GaAs // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 11. С. 1000–1002. https://doi.org/10.1070/QE2015v045n11ABEH01582912.
  12. Tsunekane M., Inohara T., Ando A., Kido N., Kanehara K., Taira T. High peak power, passively Q-switched microlaser for ignition of engines // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2010. V. 46. № 2. P. 277–284. https://doi.org/10.1109/JQE.2009.2030967
  13. Кисель В.Э., Ясюкевич А.С., Кондратюк Н.В., Кулешов Н.В. Высокочастотный Yb-микролазер с диодной накачкой и пассивной модуляцией добротности // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 11. С. 1018–1022. https://doi.org/10.1070/QE2009v039n11ABEH01415114
  14. Донг Ю., Хе Ю., Чжоу С., Бай Ш. Высокоэффективный универсальный микрочип-лазер айнс-гауссовых мод с самомодуляцией добротности и высокой частотой следования импульсов для оптического захвата // Квантовая электроника. 2016. Т. 46. № 3. С. 218–222. https://doi.org/10.1070/QEL15826
  15. Вайншенкер А.Е., Виленский А.В., Казаков А.А., Лысой Б.Г., Михайлов Л.К., Пашков В.А. Лазер на YAG:Nd3+с диодной накачкой, работающий в режиме модуляции добротности в широком интервале температур без термостабилизации диодов накачки // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 2. С. 114–116. https://doi.org/10.1070/QE2013v043n02ABEH015036
  16. Zayhowski J.J., Wilson A.L. Pump-induced bleaching of the saturable absorber in short-pulse Nd: YAG/Cr/sup 4+:YAG passively Q-switched microchip lasers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2003. V. 39. № 12. P. 1588–1593. https://doi.org/10.1109/JQE.2003.819535
  17. Sakai H., Kan H., Taira T. Above 1 MW peak power single-mode high-brightness passively Q-switched Nd3+:YAG microchip laser // Optics Express. 2008. V. 16. № 24. P. 19891–19899. https://doi.org/10.1364/OE.16.019891
  18. Wang Y., Gong M., Yan P., Huang L., Li D. Stable polarization short pulse passively Q-switched monolithic microchip laser with [110] cut Cr4+:YAG // Laser Physics Letters. 2009. V. 6. № 11. P. 788. https://doi.org/10.1002/lapl.200910079
  19. Hou D., Yin X., Wang J., Chen S., Zhan Y., Li X., Fan Y., Liu X. High power multiple wavelength diode laser stack for DPSSL application without temperature control // Proceedings of SPIE. 2018. V. 10513. P. 167–178. https://doi.org/10.1117/12.2291169