Малогабаритный эрбиевый лазерный излучатель с диодной накачкой и акустооптической модуляцией добротности

Д.А. Бондаренко, В.Е. Карасик, Л.Н. Магдич, О.О. Погонышев

ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5

напряжения, плохая работа в условиях вибрационных нагрузок и сложность

конструкции ограничивают их применение.

В последние годы большой интерес у разработчиков эрбиевых лазеров вы-

зывает возможность применения пассивного затвора из магниево-алюминиевой

шпинели Co

:MgAl

[6] или анизотропных кристаллов Co

:LaMgAl

[7].

Пассивный затвор позволяет существенно упростить конструкцию лазера и

уменьшить длину резонатора, что дает возможность получать более короткие

импульсы. Однако лазер с пассивным затвором подобен пространственному

динамическому фильтру, что в сочетании с низким коэффициентом усиления

эрбиевой активной среды приводит к сильной дискриминации мод, при кото-

рой даже незначительная разъюстировка резонатора, нестабильность накачки

или температуры ведут к появлению мод более высокого порядка, а соответ-

ственно и к нестабильности параметров излучаемого импульса. В связи с этим

все приборы с пассивными затворами проектируются в расчете на работу в од-

номодовом режиме. Предельными характеристиками для таких излучателей

можно полагать энергию импульса 3…4 мДж при длительности 6…10 нс.

Акустооптические модуляторы добротности получили широкое распро-

странение в лазерах на алюмоиттриевом гранате с длиной волны 1064 нм. Высо-

кая лучевая прочность кристаллического кварца (основного материала для аку-

стооптического затвора (АОЗ)), низкие потери излучения, не превосходящие,

как правило, 0,5 %, малые управляющие напряжения, быстрое включение и вы-

ключение потерь (≈ 100 нс) и малые габариты позволяют рассматривать их в

качестве перспективных устройств и для лазеров, работающих в безопасном

диапазоне длин волн.

Наиболее характерный пример использования АОЗ в эрбиевом лазере проде-

монстрировала компания

Kigre

[8], выпустив на рынок малогабаритный эрбиевый

лазер с уникальными в своем классе характеристиками: энергия импульса 7 мДж

при диаметре пучка 0,8 мм, расходимость 4,2 мрад, длительность импульса 6 нс и

частота повторения импульсов до 30 Гц, размеры 127×56 ×36 мм

. Получение по-

добных параметров во многом стало возможным в результате использования АОЗ.

В связи с этим целесообразно исследовать возможность создания отече-

ственного лазерного излучателя на эрбиевом стекле с акустооптической моду-

ляцией добротности. Насколько известно авторам настоящей работы, такие ла-

зерные излучатели в России еще не созданы, хотя потребность в них велика.

Сложность решения этой задачи состоит в том, что до настоящего времени

отсутствуют четко структурированные методы расчета и проектирования по-

добных устройств, а также недостаточно развита элементная база для их прак-

тической реализации.

Постановка задачи.

Цель работы

— разработка методики расчета лазерного

излучателя на эрбиевом стекле с акустооптической модуляцией добротности, ра-

ботающего на длине волны 1540 нм, с энергией импульса 10…15 мДж и длитель-

ностью импульса 15…20 нс для использования их в дальномерах с измеряемой

дальностью до 20 км и более. Основными задачами, решаемыми в работе, будут