en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-12-3-13
УДК: 621.373:826
Формирование излучения лазеров с коаксиальной активной средой
Низьев В.Г., Сейдгазов Р.Д. Формирование излучения лазеров с коаксиальной активной средой // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 12. С. 3–13. http://doi. org/10.17586/1023-5086-2026-93-12-3-13
Niziev V.G., Seidgazov R.D. Formation of radiation from lasers with a coaxial active medium [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 12. P. 3–13. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2026-93-12-3-13
Предмет исследования. Качество излучения лазеров с коаксиальной геометрией активной среды. Цель работы. Представить научные обоснования преодоления основного недостатка коаксиального лазера (неоднородность излучения по азимутальному углу) и обеспечить генерацию лазерного пучка, соответствующего низшей кольцевой моде. Метод. Проведены аналитические и численные расчёты, направленные на достижение заявленной цели. Решение поставленной за дачи включает два этапа: обеспечение генерации кольцевого излучения, однородного по азимутальному углу, и его преобразование к кольцевой моде низшего порядка. Основные результаты. Доказано, что при радиальной (азимутальной) поляризации выходное излучение однородно по азимутальному углу. Показано, что локальная поляризационная селективность дифракционного зеркала при нулевом угле падения для генерации пучка радиальной (азимутальной) поляризации может достигать десятки процентов. Выполнены расчёты распространения кольцевого излучения, не являющегося лагерр–гауссовой модой на выходе из лазера, при разной ширине кольца выходного излучения коаксиального лазера. Показан способ существенного повышения качества излучения путём преобразования кольца выходного излучения коаксиального лазера в кольцевую моду низшего порядка с помощью внерезонаторного аксикона. Практическая значимость. Полученные результаты открывают возможность создания коаксиального лазера с решением во проса качества излучения на рассмотренных принципах.
коаксиальные лазеры, радиально (азимутально) поляризованные пучки, дифракционные зеркала, качество лазерного излучения, распространение лазерных пучков
Благодарность:работа проведена в рамках выполнения государственного задания НИЦ «Кур чатовский институт» по тематике 3Ф.8.1.
Коды OCIS: 140.3410, 050.1960, 230.1950, 050.6624
Список источников:1. Walker L., Vasile M. Space debris remediation using space-based lasers // Advances in Space Research. 2023. V. 72. № 7. P. 2786–2800. DOI:10.1016/j.asr. 2023.06.031
2. Guilhot D., Ribes-Pleguezuelo P. Laser technology in photonic applications for space // Instruments. 2019. V. 3. № 3. P. 50. DOI:10.3390/instruments3030050
3. Phipps C.R., Bonnal C., Masson F., Boustie M., Berthe L., Schneider M., Baton S., Brambrink E., Chevalier J.M., Videau L., Boyer S.A.E. Transfers from Earth to LEO and LEO to interplanetary space using lasers // Acta Astronautica. 2018. V. 146. P. 92–102. DOI:10.1016/j.actaastro.2018.02.018
4. Ahmed S.A., Mohsin M., Zubair Ali S.M. Survey and technological analysis of laser and its defense applica tions // Defence Technology. 2021. № 17. P. 583–592. DOI:10.1016/j.dt.2020.02.012
5. Рябов К. Боевые лазеры США почти готовы к при нятию на вооружение. Ryabov K. US combat lasers are almost ready for adoption. 2021 г. https://topwar.ru/189065-boevye-lazery-ssha-pochti-gotovy-k-prinjatiju-navooruzhenie.html
6. Apollonov V.V. Laser spears for the Russian army // Int J Phys Res Appl. 2022. V. 5. P. 007–010. DOI:10.29328/ journal.ijpra.1001043
7. Arinchev S.V. Analysis of the orbital approach dynam ics of the space debris collector to the fragment of de bris by the method of thrust reversal with interruption // Proc. of Higher Educational Institutions. Маchine Building. 2020. № 2. P. 4–15. DOI:10.18698/0236 3941-2020-2-4-16
8. Kaushal H., Jain V.K., Kar S. Free space optical commu nication. New Delhi, India: Springer (India), 2017. 233 p.
9. Narang G., Aggarwal M., Kaushal H., Ahuja S. En hancing the security of free space optical communica tion system by employing chaos-based modulation scheme // Journal of Optical Communications. 2024. V. 45. № s1. P. s619–s629. DOI:10.1515/joc-2022-0085
10. Kaushal H., Kaddoum G. Applications of lasers for tac tical military operations // IEEE Access. 2017. V. 20736. P. 53. DOI:10.1109/ACCESS.2017.2755678
11. Зарубин П.В. Академик Басов, мощные лазеры и проблема противоракетной обороны // Квантовая электроника. 2002. Т. 32. № 12. С. 1048–1064.
Zarubin P.V. Academician Basov, high-power lasers and the antimissile defence problem // Quantum Electronics. 2002. V. 32. № 12. P. 1048–1064. DOI:10.1070/ QE2002v032n12ABEH002348
12. Низьев В.Г. Физический метод и оптические элементы для повышения качества излучения широкоапертурных лазеров // Квантовая электроника. 2023. Т. 53. № 4. С. 353 — 362.
Niziev V.G. Physical method and optical elements for improving radiation quality of wide-aperture lasers // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2023. V. 50. № 8. P. S953–S965. DOI:10.3103/S1068335623200083
13. Li R., Wu H., Xiao H. et al. Design and optimization methods towards a 10 kW high beam quality fiber laser based on the counter tandem pumping scheme // High Power Laser Science and Engineering. 2024. V. 12. P. e38. DOI:10.1017/hpl.2024.21
14. Shcherbakov E.A., Fomin V.V., Abramov A.A., Ferin A.A., Mochalov D.V., and Gapontsev V.P. Indus trial grade 100 kW power CW fiber laser // Advanced Solid-State Lasers Congress. Eds. Huber G., Moulton P. / OSA Technical Digest (online). Optica Publish ing Group. 2013. Paper ATh4A.2. DOI:10.1364/ASSL. 2013.ATh4A.2
15. Sun J., Liu L., Han L., Zhu Q., Shen X., and Yang K. 100 kW ultrahigh power fiber laser // Opt. Continuum. 2022. № 1. P. 1932–1938. DOI:10.1364/OPTCON.465836
16. Kim G.H., Yang J., Lee B., Kim J.W., Heo D.C., Чижов С.А., Салль Е.Г., Яшин В.Е. Мощные импульсно-периодические лазеры со сверхкороткой длительностью импульса с прямой диодной накачкой на основе иттербиевых сред для технологических и биомедицинских применений // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 11. С. 29–38. DOI:10.17586/1023-5086 2018-85-11-29-38
Kim G.H., Yang J., Lee B., Kim J.W., Heo D.C., Chizhov S.A., Sall E.G., Yashin V.E. High-power repetitively pulsed ytterbium lasers with supershort pulse width and direct diode pumping for technological and biomedical applications // Journal of Optical Technology. 2018. V. 85. № 11. P. 679–686. DOI:10.1364/JOT.85.000679
17. Hodgson N., Weber H. Laser resonators and beam propagation. Fundamentals, advanced concepts and applications. Third edition. Cham, Switzerland: Springer 2025. 1026 p.
18. Schlüter H. The long journey from idea to industrial success // Proc. SPIE. 2008. V. 6874. P. 687402. DOI:10.1117/12.791919
19. Воронов В.И., Большаков С.С., Ляпахин А.Б., Польский Ю.Е., Ситенков Ю.Л., Урываев В.Е., Хохлов Ю.М. СО2-лазер с активным объемом кольцевого сечения // Приборы и техника эксперимента. 1993. № 3. C. 162–167.
Voronov V.I., Bol’shakov S.S., Lyapakhin A.B., Pol’skii Yu.E., Sitenkov Yu.L., Uruvaev V.E., Khohlov Yu.M. CO2 laser with annular active volume // Instruments and experimental techniques. 1993. № 3. P.162–167.
20. Niziev V. G., Grishaev R.V., Panchenko V. Ya. Multi pass modes in an open resonator // Laser Physics. 2015. V. 25. P. 023001. DOI:10.1088/1054-660X/25/ 2/023001
21. Низьев В.Г. Векторный анализ распространения лазерных пучков // Квантовая электроника. 2025. Т. 55. № 6. С. 359–366.
Niziev V.G. Vector analysis of laser beam propagation // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2025. V. 52. № 8. P. S860–S871. DOI:10.3103/S106833562560336X
22. Галушкин М.Г., Голубев В.С., Завалов Ю.Н., Ионин А.А., Котков А.А., Короленко П.В., Панченко В.Я., Дубров В.Д., Буяров С.А., Гришаев Р.В. Структура турбулентности активной среды быстро проточного СО2-лазера // Квантовая электроника. 2003. Т. 33. № 8. С. 671–676.
Galushkin M.G., Golubev V.S., Zavalov Yu.N., Ionin А.А., Kotkov А.А., Korolenko P.V., Panchenko V.Ya., Dubrov V.D., Buyarov S.А., Grishaev R.V. Turbulent structure of the active medium of a fast-flow СО2-laser // Quantum Electronics. 2003. V. 33. № 8. P. 671–676. DOI:10.1070/QE2003v033n08ABEH002476
23. Кондратенко Т.Т., Пузырёв В.Н., Саакян А.Т. Способ формирования трубчатого потока лазерного излучения с радиальной поляризацией и устройство для его осуществления // Патент РФ № RU2774664 C1. 2021.
Kondratenko T.T., Puzyrev V.N., Saakyan A.T. Method for forming a tubular beam of radially polarized laser radiation and a device for implementing it // Russian Federation Patent № RU2774664 C1. 2021.
24. Топоровский В.В., Скворцов А.А., Кудряшов А.В., Самаркин В.В., Шелдакова Ю.В., Пшонкин Д.Е. Гибкое биморфное зеркало с высокой плотностью управляющих электродов для коррекции аберраций волнового фронта // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 1. С. 40–47. DOI:10.17586/1023-5086-2019 86-01-40-47
Toporovskii V.V., Skvortsov A.A., Kudryashov A.V., Samarkin V.V., Sheldakova Yu.V., and Pshonkin D.E. Flexible bimorphic mirror with high density of control electrodes for correcting wavefront aberrations // Journal of Optical Technology. 2022. V. 86. № 1. P. 32 38. DOI:10.1364/JOT.86.000032