Разработка компактных иттербиевых лазеров с модуляцией добротности для систем измерения расстояний

Abstract

Объектами исследования являются лазерные кристаллы оксидов и фторидов, активированные ионами Yb3+ и Nd3+, насыщающийся поглотитель V3+:YAG. Цель работы – разработать математические модели, описывающие работу твердотельных лазеров, работающих в непрерывном режиме и режиме пассивной модуляции добротности, на основе квази трехуровневых и четырех уровневых активных материалов с учетом специфики продольной накачки излучением лазерных диодов, изучить спектроскопические и генерационные характеристики иттербий и неодим содержащих кристаллов оксидов и фторидов при накачке излучением лазерных диодов и ламп, на основе полученных результатов разработать эффективные твердотельные лазеры для применений в дальнометрии, медицине и в системах наблюдения. В процессе работы были разработаны математические модели, описывающие работу лазеров в непрерывном режиме и режиме пассивной модуляции добротности на основе квази трехуровневых и четырех уровневых активных сред с диодной накачкой, изучены спектроскопические и генерационные характеристики кристаллов Yb3+:Na4Y6F и Yb3+:LiLuF4, определены нелинейно-оптические характеристики насыщающегося поглотителя V3+:YAG, экспериментально реализован лазер на кристалле Nd3+:KGd(WO4)2 с ламповой накачкой, работающий в режиме пассивной модуляции добротности кристаллом V3+:YAG. В результате выполнения работ впервые был создан микрочип лазер на Yb:YAG, работающий в режиме пассивной модуляции добротности с длительностью импульсов в суб-наносекундной области с частотой следования импульсов до 100 кГц для применений в дальнометрии, биофизических и медицинских применений; впервые была реализована генерация на кристалле Yb:NaYF. Реализованы импульсные лазеры на основе Yb:YAG с активной модуляцией добротности, получена генерация с частотой следования импульсов до 30 кГц со средней мощностью ≈5 Вт при накачке излучением мощностью около 25 Вт. С использованием полученных результатов в рамках договоров с предприятиями были созданы микрочип лазеры с диодной накачкой, работающие в непрерывном режиме генерации с выходной мощностью в несколько ватт для применений в системах наблюдения; установлены оптимальные ориентации кристаллов Nd:KGW для получения максимальной выходной энергии при ламповой накачке (более 450 мДж).