Лазерный мир

М.Богданович, А.Григорьев, К.Ланцов, К.Лепченков, А.Рябцев, Г.Рябцев, В.Титовец, М.Щемелев // Научно-технический журнал Фотоника, 2016, 1, с: 58-63

Компактные и легкие лазеры с малым энергопотреблением, излучающие в диапазоне 1,5–1,6 мкм, незаменимы в малогабаритных дальномерах, системах подсветки и сопровождения цели, портативных медицинских устройствах.

Твердотельные лазеры с диодной накачкой (ТЛДН) по сравнению с лазерными излучателями, возбуждаемыми импульсными лампами, при прочих равных условиях обладают более чем на порядок меньшими уровнями энергопотребления, предельно малыми габаритами и весом. Срок службы лазерных диодных линеек (ЛДЛ) и матриц лазерных диодов (МЛД), используемых в качестве источников излучения накачки, в большинстве случаев на два и более порядка превышает ресурс работы импульсных ламп. Все это объясняет тот факт, что в настоящее время ТЛДН являются практически безальтернативными источниками излучения для систем дальнометрии, подсветки целей (целеуказания), спектроскопии, медицины, космических применений и целого ряда устройств специального назначения.

В Институте физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси проводятся обширные исследования и опытно-конструкторские работы в области лазерной физики и техники. Изучаются предельные возможности ЛДЛ и МЛД и оптимизируются их характеристики применительно к условиям функционирования в составе блоков диодной накачки. Большое внимание уделяется поиску путей дальнейшего повышения энергии и качества выходных пучков твердотельных лазеров с диодной накачкой, увеличению их срока службы. С этой целью моделируются электрические, оптические и тепловые процессы, ответственные за работу как отдельных каскадов, так и всего лазерного излучателя в условиях, максимально приближенным к реальным режимам их использования. Тематика работ, связанных с проектированием и созданием экспериментальных, опытных и серийных образцов лазерных излучателей в Институте физики НАН Беларуси, включает в себя четыре ведущих направления: 1) иттербий–эрбиевые лазеры, генерирующие в условно безопасном для органов зрения спектральном диапазоне (1,5–1,6 мкм), 2) ТЛДН на основе Nd 3+–содержащих активных элементов (АЭ) с воздушным охлаждением (частота следования импульсов излучения до 100 Гц), 3) ТЛДН на основе Nd 3+–содержащих активных элементов с водяным охлаждением (частота следования импульсов излучения до 1 кГц), 4) параметрические генераторы света (ПГС), излучающие в спектральных диапазонах 1,5–1,6 и 3,0–5,0 мкм. В качестве источников излучения накачки используются диодные модули на основе (In, Al) GaAs/AlGaAs гетероструктур, способные генерировать световые потоки с высокой импульсной мощностью в спектральных интервалах 0,94–0,96 и 0,80–0,82 мкм. Как правило, в твердотельных лазерах, создаваемых в Институте физики НАН Беларуси, блоки диодной накачки используются в соответствии с поперечной схемой доставки излучения. Однако в некоторых случаях (например, при разработке технологического пикосекундного лазера или лазера для доплеровского лидара с предельно узким спектром генерации) используется вариант продольного возбуждения АЭ. Следует отметить, что все оптические компоненты, включая диэлектрические зеркала, поляризаторы и т. п., используемые в экспериментальных исследованиях и серийных образцах лазеров, изготавливаются в оптическом отделе Института физики НАН Беларуси.

Для современных малогабаритных дальномеров и оптоэлектронных систем подсветки и сопровождения цели, портативных медицинских устройств, а также систем лазерной спектроскопии и чистки требуются компактные и легкие лазеры с малым энергопотреблением, излучающие в спектральном диапазоне 1,5–1,6 мкм. С этой целью в Институте физики разработана серия иттербий–эрбиевых лазеров с диодной накачкой (рис.1), работающих как в режиме пассивной модуляции добротности, так и с использованием электрооптических затворов. Разработанные образцы лазеров позволяют получать наносекундные импульсы излучения с энергией до 10 мДж и частотами следования импульсов до 10 Гц. Конструкции эрбиевых излучателей обеспечивают их устойчивую работу на основной поперечной ТЕМ00 моде с параметром качества выходного пучка М2 < 1,5 в широком диапазоне температур окружающей среды от –50 до 55°С. Потребляемая мощность эрбиевых лазеров не превышает 20 Вт при частоте следования импульсов 5 Гц во всем рабочем интервале температур.

Полное содержание статьи: http://www.photonics.su/files/article_pdf/5/article_5098_24.pdf