en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-06-14-22
УДК: 535.37+621.371.378
Диоднонакачиваемый Nd:YAG лазер с неустойчивым самофильтрующимся резонатором для работы в широком интервале частот следования импульсов генерации
Богданович М.В., Григорьев А.В., Дудиков В.Н., Рябцев А.Г., Рябцев Г.И., Татура П.О. Диоднонакачиваемый Nd:YAG лазер с неустойчивым самофильтрующимся резонатором для работы в широком интервале частот следования импульсов генерации // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 6. С. 14–22. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-06-14-22
Bogdanovich M.V., Grigor’ev A.V., Dudikov V.N., Ryabtsev A.G., Ryabtsev G.I., Tatura P.O. Diode pumped Nd:YAG laser with unstable self-filtering cavity for operation within wide range of pulse repetition rate [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 6. P. 14–22. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-06-14-22
Предмет исследования. Пространственные и мощностные характеристики диоднонакачиваемого Nd:YAG лазера с неустойчивым самофильтрующимся резонатором, генерирующим в режиме модулированной добротности на TEM00 моде при частотах следования импульсов 1–30 Гц без изменения параметров и геометрии резонатора. Цель работы. Оптимизация оптической схемы Nd:YAG лазера с неустойчивым самофильтрующимся резонатором, обеспечивающей генерацию импульсов с энергией свыше 50 мДж при перестройке частоты следования импульсов от 1 до 30 Гц. Метод. Расчёт оптической схемы и экспериментальные исследования пространственных и мощностных характеристик Nd:YAG лазера с неустойчивым самофильтрующимся резонатором, генерирующего при частотах следования импульсов накачки в интервале 1–30 Гц. Основные результаты. Показано, что разработанная оптическая схема Nd:YAG лазера позволяет формировать импульсы излучения на основной моде TEM00 с энергиями свыше 50 мДж без изменения параметров и геометрии резонатора в диапазоне частот следования импульсов 1–30 Гц. Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы при разработке мощных импульсных Nd:YAG лазеров с поперечной диодной накачкой, характеризующихся высоким качеством выходного пучка. Разработанный подход позволяет существенно снизить лучевую нагрузку на внутрирезонаторные элементы лазера.
твердотельный лазер, Nd:YAG, поперечная диодная накачка, неустойчивый резонатор, тепловая линза, частота следования импульсов генерации
Благодарность:работа выполнялась при поддержке ГПНИ РБ «Фотоника и электроника для инноваций, задание 1.4»
Коды OCIS: 140.3480, 140.3540, 140.3580, 140.3430
Список источников:1. Рябцев Г.И., Богданович М.В., Григорьев А.В., Дудиков В.Н., Лепченков К.В., Рябцев А.Г., Шпак П.В., Щемелев М.А. Термооптические характеристики диодно-накачиваемых Nd:YAG лазеров с керамическими и кристаллическими активными элементами // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 2. C. 50–55. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-02-50-55
Ryabtsev G.I., Bogdanovich M.V., Grigor’ev A.V., Dudikov V.N., Lepchenkov K.V., Ryabtsev A.G., Shpak P.V., Shchemelev M.A. Thermo-optic properties of diode-pumped Nd:YAG lasers with ceramic and crystalline active elements // Journal of Optical Technology. 2020. V. 87. № 2. P. 105–109. https://doi.org/10.1364/JOT.87.000105
2. Bogdanovich M., Grigor’ev A., Dudikov V., Kot A., Ryabtsev A., Ryabtsev G., Shpak P., Shchemelev M. Pulsed high-repetition rate diode-pumped Nd:YAG laser source with advanced Q-switch modulator // Results in Optics. 2021. V. 3. P. 100077. https://doi.org/10.1016/j.rio.2021.100077
3. Hanna D.C., Sawyers C.G., Yuratich M.A. Telescopic resonators for large-volume TEM00-mode operation // Optical and Quantum Electronics. 1981. V. 13. № 6. P. 493 –507. https://doi.org/10.1007/BF00668347
4. Hanna D.C., Sawyers C.G., Yuratich M.A. Large volume TEM00 mode operation of Nd:YAG lasers // Optics Communications. 1981. V. 37. № 5. P. 359 –362. https://doi.org/10.1016/0030-4018(81)90436-3
5. Gobbi P.G., Reali G. Stable telescopic resonators, unstable resonators and new cavity designs applied to high energy laser engineering // Proc. of SPIE. 1984. V. 492 (ECOOSA’84/Amsterdam 1984). P. 68–78. http://spiedigitallibrary.org/ss/TermsOfUse.aspx
6. Богданович М.В., Григорьев А.В., Дудиков В.Н., Рябцев А.Г., Рябцев Г.И., Татура П.О., Шпак П.В., Щемелев М.А. Термонаведенное двулучепреломление и модовая селекция в резонаторе Nd:YAG лазера с пассивной модуляцией добротности // Журнал прикладной спектроскопии. 2022. Т. 89. № 5. С. 621–625. https://doi.org/10.47612/0514-7506-2022-89-5-621-625
Bogdanovich M.V., Grigir’ev A.V., Dudikov V.N., Ryabtsev A.G., Ryabtsev G.I., Tatura P.O., Shpak P.V., Shchemelev M.A. Thermally induced birefringence and mode selection in cavity of a passively Q-switched diode-pumped Nd:YAG laser // Journal of Applied Spectroscopy. 2022. V. 89. 12 November. P. 835–838. https:// doi.org/10.1007/s10812-022-01433-2
7. Siegman A.E. Unstable optical resonators for laser applications // Proceedings of the IEEE. 1965. V. 53. P. 277–287. https://doi.org/10.1109/PROC.1965.3685
8. Ананьев Ю.А. Угловое расхождение излучения твердотельных лазеров // УФН. 1971. Т. 103. № 4. С. 705–738. https://doi.org/10.1070/PU1971v014n02ABEH004460
Anan’ev Yu.A. Angular divergence of radiation of solid-state lasers // Soviet Physics Uspekhi. 1971. V. 14. № 2. P. 197–230. https://doi.org/10.1070/PU1971v014n02ABEH004460
9. Herbst R.L., Komine H., Byer R.L. A 200 mJ unstable resonator Nd:YAG oscillator // Optics Communications. 1977. V. 21. P. 5–7. https://doi.org/10.1016/0030-4018(77)90063-3
10. Назаров В.В., Хлопонин Л.В., Храмов В.Ю. Мощный компактный Nd:YAG лазер // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 11. С. 22–26.
Nazarov V.V., Khloponin L.V., Khramov V.Yu. Powerful compact Nd:YAG laser // Journal of Optical Technology. 2009. V. 76. № 11. P. 689–692. https://doi.org/10.1364/JOT.76.000689
11. Zhang B., Wang P., Chen Y., Wang Y., Sang Y., Xu Zh., Liu W. Guo J. Experimental and theoretical analysis of passively Q-switched lasers with a high output coupling // Optics and Laser Technology. 2019. V. 119. P. 105645. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105645
12. Gobbi P.G., Reali G.C. A novel unstable resonator configuration with a self filtering aperture // Optics Communications. 1984. V. 52. № 3. P. 195 –198. https://doi.org/10.1016/0030-4018(84)90357-2
13. Gobbi P.G., Morosi S., Reali G.C, Zarkasi A.S. Novel unstable resonator configuration with a self–filtering aperture: experimental characterization of the Nd:YAG loaded cavity // Appl. Optics. 1985. V. 24. № 1. P. 26–33. https://doi.org/10.1364/AO.24.000026
14. Тарасов Л.В. Физика лазеров. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. 456 с.
Tarasov L.V. Laser physics. M.: Knirznyi dom "LIBROCOM", 2010. 456 p.
15. Liu H., Zhou Sh.-H., Chen Y.C. High-power monolithic unstable-resonator solid-state laser // Optics Letters. 1998. V. 23. № 6. P. 451–453. https://doi.org/10.1364/OL.23.000451
16. Bezyazychnaya T.V., Bogdanovich M.V., Grigor'ev A.V., Kabanov V.V., Kostik O.E., Lebiadok Y.V., Lepchenkov K.V., Mashko V.V., Ryabtsev A.G., Ryabtsev G.I., Shchemelev M.A., Teplyashin L.L. Transversally diode-pumped Q-switched Nd:YAG laser with improved power and spatial characteristics // Optics Communications. 2013. V. 308. P. 26 –29. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2013.06.024
17. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. М.: Наука. 2004. 650 с.
Akhmanov S.A., Nikitin S.Yu. Physical optics. M.: Nauka, 2004. 650 p.
18. Kogelnik H., Li T. Laser beams and resonator // Appl. Optics. 1966. V. 5. № 10. P. 1550–1567. https://doi.org/10.1364/AO.5.001550
19. Звелто О. Принципы лазеров. М.: Мир, 1990. 558 с.
Svelto O. Principles of lasers. M.: Mir, 1990. 558 p.
20. Loiko P.A., Yumashev K.V., Kuleshov N.V., Savitski V.G., Calvez S., Burns D., Pavlyuk A.A. Thermal lens study in diode pumped Ng-Np-cut Nd:KGd(WO4)2 laser crystals // Optics Express. 2009. V. 17. № 26. P. 23536. https://doi.org/10.1364/OE.17.023536
21. Mirzaeian H., Manjooran S., Major A. A simple technique for accurate characterization of thermal lens in solid state lasers // Proc. of SPIE. 2014. V. 9288. P. 928802-1–P. 928802-7. http://doi.org/10.1117/12.2075117