ИСТИНА

Синхронизация поперечных мод при неоднородной продольной диодной накачке твердотельных лазеров существенно меняет пространственное распределение излучения в резонаторе. Это дает новые возможности для внутрирезонаторного преобразования частоты излучения лазера методами нелинейной оптики. Проект направлен на исследование внутрирезонаторных процессов ВКР в Nd - активированных кристаллах ванадатов и вольфраматов при синхронизации поперечных мод в условиях пространственно неоднородной диодной накачки. Эффективность преобразования будет исследована в различных конфигурациях резонатора, соответствующих условию частотного вырождения. Также будет изучено формирование пространственной структуры преобразованного излучения в условиях синхронизации поперечных мод. Исследования будут выполнены в импульсно-периодическом режиме с модуляцией добротности резонатора. Будут исследованы перспективные ВКР-активные кристаллы. Проведенные исследования позволят создать новый класс ВКР-преобразователей, обеспечивающих концентрацию энергии преобразованного излучения в одну или несколько спектральных компонент в практически востребованных спектральных диапазонах.

Diode-end-pumped solid-state laser systems with Raman frequency conversion in degenerate cavities

На первом этапе (2016 г.) предполагается адаптировать экспериментальную установку для исследования внутрирезонаторных процессов ВКР и ГВГ в лазерах с продольной диодной накачкой в различных конфигурациях резонатора. Для создания системы диодной накачки высокой яркости выполнить работы по повышению выходной мощности лазерных диодов за счет улучшения теплоотвода от активной зоны, в том числе за счет использования сабмаунта с высокой теплопроводностью. Выполнить исследования особенностей работы лазера на Nd-активированных кристаллических средах с пассивным затвором как на основной частоте, так и при ГВГ в условиях синхронизации поперечных мод при продольной диодной накачке.

Исполнители проекта с российской стороны являются известными специалистами в области разработки и создания диодных лазеров, диодно-накачиваемых лазеров и нелинейно-оптического преобразования излучения таких лазеров. Разработанные в ФИАН методы монтажа кристаллов и усовершенствованные методы оптического контроля позволили повысить точность установки кристалла до +/- 0.5 мкм и значительно повысить однородность отвода теплового потока при сборке на специально разработанной фирмой-производителем для ФИАН прецизионной установке Finetech Lambda A7. В результате проведенных в ФИАН исследований получены экспериментальные образцы инжекционных лазеров (ИЛ) с максимальной выходной мощностью до 25 Вт и прогнозируемым рабочим ресурсом до 4000 часов при выходной мощности 8 Вт. Максимум огибающей спектра излучения лазерных диодов составил 807.5 - 808.5 нм при 25 С, полуширина спектра излучения в пределах 1 нм, температурный коэффициент 0.23 – 0.25 нм / К, что хорошо согласуется с требованиями к источникам накачки кристаллов АИГ: Nd 3+ . В области твердотельных лазеров ведутся исследования явления синхронизации поперечных мод при неоднородной продольной диодной накачке. Были исследованы пространственные распределения излучения и пороги генерации лазеров на ряде широко используемых Nd-активированных кристаллических, керамических сред и лазерных стекол в различных конфигурациях резонатора. Показано, что вблизи частотного вырождения поперечных мод картина генерируемого ансамбля мод резко усложняется. Построена модель, описывающая специфику генерации вблизи критических конфигураций резонатора. Показано, что характер модового состава вблизи критических конфигураций резонатора черезвычайно чувствителен к оптофизическим и теплофизическим характеристикам активной среды.

На втором этапе (2017 г.) будут выполнены экспериментальные исследования внутрирезонаторного ВКР преобразования при продольной диодной накачке в режимах синхронизации поперечных мод с рядом ВКР-активных сред на основе Nd-активированных ванадатов и вольфраматов. Будет исследован как непрерывный режим, так и режим модуляции добротности. Будет исследовано влияние фазовых искажений активной среды в условиях больших мощностей накачки на режим генерации основной частоты и процессов ВКР и ГВГ. Будут исследованы эффекты вырождения продольных мод при генерации одной и нескольких стоксовых компонент в резонаторе ВКР-лазера, возбуждаемого частично-когерентным излучением многомодового твердотельного лазера с диодной накачкой. Будет исследована возможность эффективной генерации излучения в желто-зеленой области за счет внутрирезонаторного удвоения стоксового излучения. Будет создан макет твердотельного лазера с диодной накачкой с ВКР-преобразованием частоты, обеспечивающий генерацию излучения в практически востребованном спектральном диапазоне.