Режимы оптического разряда, поддерживаемые импульсным CO2-лазером с непрерывной накачкой и модуляцией добротности

В. И. Яковлев, В. Б. Шулятьев, М. А. Ядренкин, Т. А. Гимон

  • Институт теоретической и прикладной механики им. С.А.Христиановича СО РАН, Россия, 630090 Новосибирск, Институтская ул., 4/1; e-mail: yakovlvi@itam.nsc.ru
Аннотация: В экспериментах с использованием импульсно-периодической мощности СО2-лазера с непрерывной накачкой и модуляцией добротности (CPQS) определена динамика свечения оптического разряда в дозвуковом потоке аргона. Впервые выявлены особенности свечения лазерной плазмы: двулепестковая структура на ранней стадии разрядного процесса, последующее появление протяженной области свечения в лазерном пучке перед плазмой. Полученные экспериментальные данные в сравнении с результатами расчета пространственно-временных масштабов лазерной плазмы в начальной стадии процесса указывают на нехарактерную последовательность режимов ее распространения – от светодетонационной волны к быстрой волне ионизации.
    Ключевые слова: СО2-лазер, модуляция добротности, оптический пульсирующий разряд, режимы распространения, свечение лазерной плазмы, пространственно-временные масштабы, светодетонационная волна, быстрая волны ионизации.
      Поступила в редакцию: 23.12.2022
      Принята в печать: 18.05.2023
        Образец цитирования: Яковлев В.И., Шулятьев В.Б., Ядренкин М.А., Гимон Т.А. “ Режимы оптического разряда, поддерживаемые импульсным CO2-лазером с непрерывной накачкой и модуляцией добротности”, Квантовая электроника, 53 (6), 475–483 (2023).

        Скачать (.pdf)

        Экстремально сжатые волновые пакеты в оптическом излучении, сфокусированном аксиконом

        Е. Д. Залозная, А. Е. Дормидонов, В. П. Кандидов

        • Е.Д.Залозная. Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, физический факультет, Россия, 119991 Москва, Ленинские горы, 1; Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л.Духова, Россия, 127055 Москва, ул. Сущевская, 22; e-mail: ed.zaloznaya@physics.msu.ru
          А.Е.Дормидонов. Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л.Духова, Россия, 127055 Москва, ул. Сущевская, 22
          В.П.Кандидов. Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, физический факультет, Россия, 119991 Москва, Ленинские горы, 1
        Аннотация: Методами численного моделирования исследованы особенности динамики светового поля при филаментации в условиях аномальной дисперсии групповой скорости фемтосекундных импульсов среднего ИК диапазона, сфокусированных аксиконом в кристаллы фторидов лития и кальция. Обнаружено появление особых точек с разрывом волнового фронта, которые не возникают в сфокусированном параболической линзой пучке. Разрывы волнового фронта формируются вблизи минимумов напряженности светового поля. Продемонстрировано строго периодическое изменение пространственных и энергетических параметров – «дыхание» световой пули, сформированной в сфокусированном аксиконом пучке, при ее распространении в среде с материальной дисперсией. Изменение периода осцилляций ядра световой пули с изменением несущей длины волны не зависит от способа фокусировки излучения и совпадает c результатами аналитических оценок, которые рассчитаны для гауссова волнового пакета, сфокусированного параболической линзой, с неискаженной гармонической несущей.
          Ключевые слова: фемтосекундная филаментация, световая пуля, аксикон, бессель-гауссов пучок, абсолютная фаза, дислокация фазы.
            Поступила в редакцию: 25.04.2023
            Принята в печать: 07.06.2023
              Образец цитирования: Залозная Е.Д., Дормидонов А.Е., Кандидов В.П. “Экстремально сжатые волновые пакеты в оптическом излучении, сфокусированном аксиконом”, Квантовая электроника, 53 (6), 469–474 (2023).

              Скачать (.pdf)

              Лазерная абляция титановой мишени в водном растворе нитрата серебра

              Г. Е. Вальяно, Т. И. Бородина, М. М. Маликов, О. В. Сажнова

              • Объединенный институт высоких температур РАН, Россия, 125412 Москва, Ижорская ул., 13, стр.2; e-mail: mmalikov@ihed.ras.ru
              Аннотация: Представлены результаты экспериментов по лазерной абляции титана в водном растворе нитрата серебра излучением лазера на парах меди. Исследована возможность легирования серебром поверхностей наночастиц из оксидов титана, получаемых в процессе лазерной абляции. Обнаружено, что покрытие серебром наноструктур оксидов титана носит в основном неоднородный «островковый» или «капельный» характер и, кроме того, образуются гибридные частицы. Изучены морфология, элементный и фазовый состав продуктов абляции. Приведено сравнение этих результатов с результатами абляции титана в чистой воде. Выявлено существенное влияние серебра на микроструктуру осадка высушенного коллоида. Микрочастицы оксидов титана, декорированные серебром, могут найти широкое практическое применение.
                Ключевые слова: титан, оксиды титана, нитрат серебра, лазерная абляция, легирование серебром, наноструктуры, аморфные продукты.
                  Поступила в редакцию: 18.04.2023
                  Принята в печать: 18.06.2023
                    Образец цитирования: Вальяно Г.Е., Бородина Т.И., Маликов М.М., Сажнова О.В. “ Лазерная абляция титановой мишени в водном растворе нитрата серебра”, Квантовая электроника, 53 (6), 464–468 (2023).

                    Скачать (.pdf)

                    Исследование рассеяния интенсивного фемтосекундного излучения при оптическом пробое воды

                    В. В. Кононенко, М. А. Дежкина, Т. В. Кононенко, В. И. Конов

                    • Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Россия, 119991 Москва, ул. Вавилова, 38; e-mail: vitali.kononenko@nsc.gpi.ru
                    Аннотация: Исследовано рассеяние излучения в зоне лазерного пробоя, инициированного в дистиллированной воде при воздействии последовательности интенсивных фемтосекундных импульсов (Ti :Al2O3-лазер, длина волны 800 нм, частота следования 1 кГц). Энергия импульсов варьировалась от 1 мкДж до 1 мДж, при этом во всем указанном диапазоне поддерживался процесс образования пузырьков (режим кавитации жидкости). Каждый импульс представлял собой цуг с периодом ~10 нс и кроме основного импульса (~150 фс) содержал несколько предымпульсов и постимпульсов с контрастом ~70. Изучена зависимость формы и размеров зоны пробоя при различных уровнях энергии воздействия. Получены спектры рассеянного излучения и зависимости его интенсивности от лазерной энергии как для основного импульса, так и для сопутствующих. Проанализированы особенности диссипации энергии излучения в воде при сверхвысоких интенсивностях лазерного излучения и вклад сопутствующих импульсов в этот процесс.
                      Ключевые слова: фемтосекундное лазерное излучение, лазерно-стимулированные процессы в жидкостях.
                        Поступила в редакцию: 09.11.2022
                        Принята в печать: 14.02.2023
                          Образец цитирования: Кононенко В.В., Дежкина М.А., Кононенко Т.В., Конов В.И. “Исследование рассеяния интенсивного фемтосекундного излучения при оптическом пробое воды”, Квантовая электроника, 53 (6), 458–463 (2023).

                          Скачать (.pdf)

                          Электроразрядный KrCl-лазер с высокой мощностью накачки

                          С. А. Ямпольская, А. Г. Ястремский, Ю. Н. Панченко, А. В. Пучикин, Е. В. Горлов

                          • С.А.Ямпольская, А.Г.Ястремский, А.В.Пучикин. Институт сильноточной электроники СО РАН, Россия, 634055 Томск, просп. Академический, 2/3; e-mail: s_yampolskaya@yahoo.com
                            Е.В.Горлов. Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН, Россия, 634055 Томск, пл. Акад. Зуева, 1
                            Ю.Н.Панченко. Институт сильноточной электроники СО РАН, Россия, 634055 Томск, просп. Академический, 2/3; Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия, 634050 Томск, просп. Ленина, 36.
                          Аннотация: Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований работы электроразрядного KrCl-лазера (λ = 222 нм) при плотностях мощности накачки ~10 МВт/см3. Экспериментально получена энергия излучения 55 мДж для смеси с He в качестве буферного газа и 120 мДж для смеси с Ne при длительности импульса накачки ~30 нс. Описана численная модель KrCl-лазера на смеси газов He/Ne/Kr/HCl с однородным разрядом накачки. Численно показано, что зависимость оптимальной (с точки зрения получения максимальной энергии излучения) плотности мощности накачки от парциальных давлений буферного газа и HCl имеет близкий к линейному характер.
                            Ключевые слова: электроразрядный KrCl-лазер, численное моделирование лазерного режима.
                              Поступила в редакцию: 28.02.2023
                              Принята в печать: 18.04.2023
                                Образец цитирования: Ямпольская С.А., Ястремский А.Г., Панченко Ю.Н., Пучикин А.В., Горлов Е.В. “Электроразрядный KrCl-лазер с высокой мощностью накачки”, Квантовая электроника, 53 (6), 452–457 (2023).

                                Скачать (.pdf)

                                Щелевые лазеры на основных и обертонных переходах молекулы окиси углерода с накачкой емкостным высоко- частотным разрядом и криогенным охлаждением электродов

                                А. А. Ионин, М. В. Ионин, И. О. Киняевский, Ю. М. Климачев, А. Ю. Козлов, А. А. Котков, О. А. Рулев, Д. В. Синицын

                                • Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Россия, 119991 Москва, Ленинский просп., 53; e-mail: kozlovay@lebedev.ru, klimachevym@lebedev.ru
                                Аннотация: Инициированные Н.Г.Басовым в первой половине 1970-х гг. работы по созданию электроионизационных лазеров на окиси углерода позволили создать лазеры на основных переходах молекулы СО с высокой мощностью и эффективностью генерации излучения. Вскоре под его научным руководством была получена генерация излучения на обертонных переходах молекулы СО. В продолжение этих работ десять с небольшим лет назад в Отделении квантовой радиофизики им. Н.Г.Басова в ФИАНе впервые был создан компактный щелевой СО-лазер с накачкой импульсно-периодическим емкостным высокочастотным разрядом и криогенным охлаждением электродов, действующий без принудительной прокачки активной среды. В настоящее время средняя мощность генерации таких лазеров достигает 40 Вт на основных переходах молекулы СО (в диапазоне длин волн 5.06 – 5.92 мкм) и 6 Вт на обертонных переходах (2.60 – 3.05 мкм) при объеме активной среды ~35 см3. В режиме модуляции добротности резонатора эти лазеры позволяют получать излучение с пиковой мощностью до 5 кВт, что дает возможность использовать их в экспериментах по нелинейно-оптическому преобразованию частоты их излучения в нелинейных кристаллах в спектральный диапазон примерно 2 – 20 мкм.
                                Ключевые слова: СО-лазер, основные и обертонные переходы, емкостной ВЧ разряд, криогенное охлаждение, преобразование частоты, нелинейные кристаллы.
                                Поступила в редакцию: 22.09.2022
                                Принята в печать: 28.12.2022
                                Образец цитирования: Ионин А.А., Ионин М.В., Киняевский И.О., Климачев Ю.М., Козлов А.Ю., Котков А.А. , Рулев О.А., Синицын Д.В. “Щелевые лазеры на основных и обертонных переходах молекулы окиси углерода с накачкой емкостным высокочастотным разрядом и криогенным охлаждением электродов”, Квантовая электроника, 53 (6), 444–451 (2023).

                                Скачать (.pdf)

                                Лазерная резка алюминиевых сплавов из- лучением импульсного СО2-лазера в струе аргона в условиях формирования оптического разряда

                                В. Б. Шулятьев, М. А. Гулов, Е. В. Карпов, А. Г. Маликов, К. Р. Бойко

                                • В.Б.Шулятьев, М.А.Гулов, А.Г.Маликов, К.Р.Бойко. Институт теоретической и прикладной механики им. С.А.Христиановича СО РАН, Россия, 630090 Новосибирск, ул. Институтская, 4/1; e-mail: shulyat@rambler.ru

                                  Е.В.Карпов. Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН, Россия, 630090 Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 15
                                Аннотация: Рассмотрен процесс лазерной резки алюминиевых сплавов новым способом, когда на материал одновременно воздействуют лазерное излучение и плазма оптического разряда, сформированного в потоке вспомогательного газа. Резка проводилась в потоке аргона излучением импульсного СО2-лазера с модуляцией добротности при частоте следования импульсов 40 кГц. При разрезании листов алюминиевых сплавов толщиной 1.5 и 2 мм получен качественный рез, без грата и с малой шероховатостью, при давлении вспомогательного газа существенно меньшем, чем обычная лазерная резка. При испытаниях на малоцикловую усталость образец, вырезанный импульсным лазером в присутствии оптического разряда, выдержал в 2.6 раза больше циклов нагружения по сравнению с образцом, вырезанным непрерывным лазерным излучением.
                                Ключевые слова: импульсный СО2-лазер, лазерная резка, оптический разряд, алюминиевый сплав, качество реза, усталостная долговечность.
                                Поступила в редакцию: 17.04.2023
                                Принята в печать: 26.05.2023
                                Образец цитирования: Шулятьев В.Б., Гулов М.А., Карпов Е.В., Маликов А.Г., Бойко К.Р. “Лазерная резка алюминиевых сплавов излучением импульсного СО2-лазера в струе аргона в условиях формирования оптического разряда”, Квантовая электроника, 53 (6), 441–443 (2023).

                                Скачать (.pdf)

                                Источник мощного импульсного лазерного излучения (1060 нм) с высокой частотой следования импульсов на основе гибридной сборки линейки лазерных диодов и 2D массива оптотиристоров как высокоскоростного токового ключа

                                С. О. Слипченко, А. А. Подоскин, В. В. Золотарев, Л. С. Вавилова, А. Ю. Лешко, М. Г. Растегаева, И. В. Мирошников, И. С. Шашкин, Н. А. Пихтин, Т. А. Багаев, М. А. Ладугин, А. А. Падалица, А. А. Мармалюк, В. А. Симаков

                                • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, г. Санкт-Петербург
                                    • АО «НИИ “Полюс” им. М. Ф. Стельмаха», г. Москва
                                        • Аннотация: Исследованы электрические и оптические характеристики новой конструкции излучателя на основе вертикальной сборки минилинейки полупроводниковых лазеров (МПЛ, laser diode minibars, LDMB) и 2D многоэлементного тиристорного массива (2D МТМ, multi-element thyristor array, 2D META) в качестве сильноточного ключа, предназначенного для режимов генерации коротких (десятки наносекунд) мощных лазерных импульсов. Установлено, что уменьшение до 200 мкм размеров анодного контакта одиночных элементов 2D МТМ обеспечивает условия для однородного включения всех элементов. Показано, что в режиме «длинных» импульсов (14.6 нс) пиковая мощность лазерного излучения достигала 85 Вт на длине волны 1060 нм, что соответствовало пиковому току, генерируемому в цепи вертикальной сборки, 119 А (19.8 А на одиночный элемент 2D МТМ); при этом максимальная частота следования импульсов для рабочего напряжения 15 В достигала 700 кГц. В режиме «коротких» импульсов (6.4 нс) при частоте следования 1 МГц пиковая оптическая мощность достигала 47 Вт на той же длине волны, что соответствовало генерируемому пиковому току 60 А (10 А на одиночный элемент 2D МТМ). Показано, что в обоих режимах работы при увеличении частоты следования характеристики 2D МТМ в качестве сильноточного ключа не меняются.
                                        Ключевые слова: полупроводниковые лазеры, лазерные линейки, тиристоры, наносекундные импульсы.
                                        Поступила в редакцию: 23.09.2022
                                        Принята в печать: 23.09.2022
                                        Образец цитирования: С. О. Слипченко, А. А. Подоскин, В. В. Золотарев, Л. С. Вавилова, А. Ю. Лешко, М. Г. Растегаева, И. В. Мирошников, И. С. Шашкин, Н. А. Пихтин, Т. А. Багаев, М. А. Ладугин, А. А. Падалица, А. А. Мармалюк, В. А. Симаков, “Источник мощного импульсного лазерного излучения (1060 нм) с высокой частотой следования импульсов на основе гибридной сборки линейки лазерных диодов и 2D массива оптотиристоров как высокоскоростного токового ключа”, Квантовая электроника, 53:1 (2023), 11–16

                                        Скачать (.pdf)

                                Квазинепрерывные микролинейки мощных полупроводниковых лазеров (λ = 976 нм) с увеличенной длиной резонатора на основе асимметричных гетероструктур с широким волноводом

                                С. О. Слипченко, А. А. Подоскин, В. А. Крючков, В. А. Стрелец, И. С. Шашкин, Н. А. Пихтин

                                • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, г. Санкт-Петербург
                                Аннотация: Разработаны микролинейки полупроводниковых лазеров с длиной резонатора 6 мм, включающие в себя излучающие области размером 5×100 мкм с фактором заполнения 25 %. Установлено, что в диапазоне длительностей импульсов тока накачки 1.0 – 9.5 мс (частота следования 10 Гц) и его амплитуде до 50 А сохраняется высокая излучательная эффективность, соответствующая наклону ватт-амперной характеристики (ВтАХ) 1.03 Вт/А, при этом максимальная пиковая мощность достигает 48.4 Вт. Продемонстрирована возможность работы микролинейки в квазинепрерывном режиме при повышении температуры теплоотвода до 100 °С и с сохранением линейности ВтАХ при мощности 25.7 Вт и токе накачки 42 А. Показана высокая однородность распределения интенсивности излучения в дальней зоне с углом расходимости (на уровне половины от максимума интенсивности) около 13° в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, и около 8° в плоскости им параллельной.
                                Ключевые слова: линейки лазерных диодов, мощные полупроводниковые лазеры, расходимость в перпендикулярной плоскости, квазинепрерывный режим генерации.
                                Поступила в редакцию: 21.11.2022
                                Принята в печать: 21.11.2022
                                Образец цитирования: С. О. Слипченко, А. А. Подоскин, В. А. Крючков, В. А. Стрелец, И. С. Шашкин, Н. А. Пихтин, “Квазинепрерывные микролинейки мощных полупроводниковых лазеров (λ = 976 нм) с увеличенной длиной резонатора на основе асимметричных гетероструктур с широким волноводом”,, Квантовая электроника, 53:1 (2023), 6–10

                                Скачать (.pdf)

                                Лазерные диоды (850 нм) на основе асимметричной AlGaAs/GaAs-гетероструктуры с объемной активной областью для генерации мощных субнаносекундных оптических импульсов

                                А. А. Подоскин, И. В. Шушканов, В. В. Шамахов, А. Э. Ризаев, М. И. Кондратов, А. А. Климов, С. В. Зазулин, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин

                                • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, г. Санкт-Петербург
                                • ЗАО ПК “ФИД-Техника”, г. Санкт-Петербург
                                Аннотация: Разработаны и исследованы лазерные диоды, изготовленные на основе асимметричной гетероструктуры AlGaAs/GaAs с объемной активной областью, оптимизированной для генерации мощных субнаносекундных оптических импульсов в режиме модуляции усиления. Оптимизация конструкции асимметричной гетероструктуры позволила получить параметр d/Г = 4.2 мкм (при толщине объемной активной области GaAs d = 45 нм и факторе оптического ограничения Г = 1.08 %). Разработанные лазерные диоды с широкой излучающей апертурой (100 мкм) в режиме модуляции усиления продемонстрировали пиковую выходную оптическую мощность 22 Вт при длительности одиночного импульса на полувысоте менее 110 пс.
                                Ключевые слова: импульсный полупроводниковый лазер, лазерная гетероструктура.
                                Поступила в редакцию: 04.10.2022
                                Принята в печать: 04.10.2022
                                Образец цитирования: А. А. Подоскин, И. В. Шушканов, В. В. Шамахов, А. Э. Ризаев, М. И. Кондратов, А. А. Климов, С. В. Зазулин, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин, “Лазерные диоды (850 нм) на основе асимметричной AlGaAs/GaAs-гетероструктуры с объемной активной областью для генерации мощных субнаносекундных оптических импульсов”, Квантовая электроника, 53:1 (2023), 1–5

                                Скачать (.pdf)