Портативный источник мощных коротких импульсов на длине волны 532 нм на основе микрочиплазера на кристалле YAG:Nd/YAG:Cr с накачкой массивом мультиволновых лазерных диодов

Яковин М.Д., Яковин Д.В., Грибанов А.В., Кораблин П.Д., Латкин Н.И., Кутикова О.Ю., Молодых М.В., Старынин М.Ю., Панарин В.А.

Ссылка для цитирования:

Яковин М.Д., Яковин Д.В., Грибанов А.В., Кораблин П.Д., Латкин Н.И., Кутикова О.Ю., Молодых Л.С., Молодых М.В., Старынин М.Ю., Панарин В.А. Портативный источник мощных коротких импульсов на длине волны 532 нм на основе микрочип-лазера на кристалле YAG:Nd/YAG:Cr с накачкой массивом мультиволновых лазерных диодов // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 1. С. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-01-3-11

Yakovin M.D., Yakovin D.V., Gribanov A.V., Korablin P.D., Latkin N.I., Kutikova O.Yu., Molodykh L.S., Molodykh M.V., Starynin M.Yu., Panarin V.A. Portable source of powerful short pulses at wavelength 532 nm based on Nd:YAG/Cr:YAG crystal microchip laser pumped by array of multiwavelength laser diodes // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 1. P. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-01-3-11

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Генерация второй гармоники излучения экспериментального образца микрочип-лазера, разработанного ранее и усовершенствованного в представленной работе. Цель работы. Получение генерации второй гармоники излучения компактного микрочип-лазера с высокими значениями пиковой мощности и энергии импульса. Метод. Повышенная эффективность нелинейно-оптического преобразования обеспечена за счет достигнутой высокой пиковой мощности лазерного излучения. Нанесение зеркал резонатора непосредственно на торцы активного элемента упростило конструкцию. В качестве источника накачки использован мультиволновый массив лазерных диодов. Для повышения эффективности применена оптическая система коллимации излучения накачки. Основные результаты. Получена генерация второй гармоники (532 нм) с эффективностью преобразования 32% излучения микрочип-лазера на кристалле YAG:Nd/YAG:Cr, работающего без системы термостабилизации. Получены импульсы излучения с высокой стабильностью амплитуды, с энергией 5 мДж на длине волны 1064 нм и 1,6 мДж на 532 нм. Выявлены многоимпульсные режимы генерации при увеличении длительности импульса накачки. Практическая значимость. Результаты позволяют разработать линейку портативных источников мощных коротких импульсов оптического диапазона спектра для применения в обработке материалов, спектроскопии, оптической локации, зондировании атмосферы, в исследованиях новых нелинейно-оптических материалов.

Ключевые слова:

микрочип-лазер, YAG:Nd-лазер, пассивная модуляция добротности, YAG:Cr, диодная накачка, преобразование частоты

Благодарность:

авторы выражают глубокую благодарность старшему научному сотруднику ИАиЭ СО РАН кандидату физико-математических наук Сергею Львовичу Микерину за полезные обсуждения и помощь в работе над текстом.

Коды OCIS: 140.3530, 140.3480, 140.3540, 190.2620

Список источников:

1. Zayhowski J.J., Dill C. Diode-pumped passively Q-switched picosecond microchip lasers // Opt. Lett. 1994. V. 19. № 18. P. 1427–1429. https://doi.org/10.1364/OL.19.001427

2. Zayhowski J.J. Ultraviolet generation with passively Q-switched microchip lasers // Opt. Lett. 1996. V. 21. № 8. P. 588–590. https://doi.org/10.1364/OL.21.000588

3. Zayhowski J.J. Periodically poled lithium niobate optical parametric amplifiers pumped by high-power passively Q-switched microchip lasers // Opt. Lett. 1997. V. 22. № 3. P. 169–171. https://doi.org/10.1364/OL.22.000169

4. 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 J. Quant. Electron. 2003. V. 39. № 12. P. 1588–1593. https://doi.org/10.1109/JQE.2003.819535

5. Sakai H., Kan H., Taira T. > 1 MW peak power single-mode high-brightness passively Q-switched Nd³⁺:YAG microchip laser // Opt. Exp. 2008. V. 16. № 24. P. 19891–19899. https://doi.org/10.1364/OE.16.019891

6. Wang Y., Gong M., Yan P., et al. Stable polarization short pulse passively Q-switched monolithic microchip laser with [110] cut Cr⁴⁺:YAG // Laser Phys. Lett. 2009. V. 6. № 11. P. 788. https://doi.org/10.1002/lapl.200910079

7. Hou D., Yin X., Wang J., et al. High power multiple wavelength diode laser stack for DPSSL application without temperature control // Proc. SPIE. 2018. V. 10513. P. 167–178. https://doi.org/10.1117/12.2291169

8. 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., Yakovin D., Gribanov A. Compact powerful subnanosecond microchip laser based on Nd:YAG/Cr:YAG crystal operating without a thermal stabilization system // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 12. P. 725–729. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000725

9. Bhandari R., Taira T. > 6 MW peak power at 532 nm from passively Q-switched Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG microchip laser // Opt. Exp. 2011. V. 19. № 20. P. 19135–19141. https://doi.org/10.1364/OE.19.019135

10. Bhandari R., Taira T., Miyamoto A., et al. > 3 MW peak power at 266 nm using Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG microchip laser and fluxless-BBO // Opt. Mater. Exp. 2012. V. 2. № 7. P. 907–913. https://doi.org/10.1364/OME.2.000907

11. Tunna L., Kearns A., O’Neill W., et al. Micromachining of copper using Nd:YAG laser radiation at 1064, 532, and 355 nm wavelengths // Opt. & Laser Technol. 2001. V. 33. № 3. P. 135–143. https://doi.org/10.1016/S0030-3992(00)00126-2

12. Jackson M.J., O’neill W. Laser micro-drilling of tool steel using Nd:YAG lasers // J. Mater. Proc. Technol. 2003. V. 142. № 2. P. 517–525. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00651-4

13. Parow-Souchon K., Cuadrado-Calle D., Rea S., et al. Optimization of spaceflight millimeter-wave impedance matching networks using laser trimming // Intern. J. Microwave and Wireless Technol. 2022. V. 14. № 1. P. 1–7. https://doi.org/10.1017/S1759078721000180

14. Yamaguchi K. Development of LCR laser function trimming unit // Proc. 1995 Japan Intern. Electronic Manufacturing Technol. Symp. IEEE, 1995. P. 283–286. https://doi.org/10.1109/IEMT.1995.541045

15. Zayhowski J.J. Passively Q-switched microchip lasers and applications // J. Alloys and Compounds. 2000. V. 303–304. P. 393–400. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)00647-2

16. Koechner W. Solid-state laser engineering. Springer, 2006. 765 p.

17. Салех Б., Тейх М. Оптика и фотоника принципы и применения. Т. 2 / 2-е изд. Пер. Дербова В.Л. Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2012. 784 c. Saleh B.E.A., Teich M.C. Fundamentals of photonics. 2d ed. John Wiley & Sons, 2007. 1200 p.

18. Травина Е.С., Дормидонов А.Е. Лазерные диодные решетки высокой плотности мощности для накачки твердотельных лазеров в широком спектральном диапазоне // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2021. № 4. С. 36–41.

Travina E.S., Dormidonov A.E. High power density laser diode arrays for solid state laser pump in a wide temperature range // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2021. V. 48. № 4. P. 119–122.