Пикосекундный гибридный лазер на основе полупроводникового лазера, волоконного и Nd : YVO4-усилителей – исследование эффектов, ограничивающих пиковую мощность

И. А. Горбунов, О. В. Кулагин

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Cоздан гибридный пикосекундный лазер для лазерной спутниковой дальнометрии на основе полупроводникового лазера с распределенной обратной связью (РОС-лазер), волоконного иттербиевого усилителя, усилителя на Nd : YVO4 и преобразователя частоты. Достигнуто усиление, превышающее 108, при сохранении временной формы и спектра импульсов, с малым уровнем шумов и расходимостью, близкой к дифракционной. Энергия импульсов после преобразования во вторую гармонику с λ = 532 нм составила 2.2 мДж при длительности 27 пс и частоте следования 1 кГц. Показано, что основными эффектами, ограничивающими пиковую мощность, являются уширение спектра вследствие фазовой самомодуляции в волоконном усилителе и крупномасштабная самофокусировка в Nd : YVO4-усилителе. Оптимизация геометрии усилителя и использование однородного профиля интенсивности излучения накачки позволяют снизить влияние самофокусировки и увеличить энергетическую эффективность усилителя.
Ключевые слова: пикосекундные лазеры, РОС-лазеры, волоконные усилители, крупномасштабная самофокусировка
Поступила в редакцию: 27.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 886–893
Образец цитирования: И. А. Горбунов, О. В. Кулагин, “Пикосекундный гибридный лазер на основе полупроводникового лазера, волоконного и Nd : YVO4-усилителей – исследование эффектов, ограничивающих пиковую мощность”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 886–893 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 886–893]

Скачать (.pdf)

Применение жидкостного низкотемпературного охлаждения в многодисковом иттербиевом лазерном квантроне в условиях мультиджоулевой накачки при высокой частоте следования импульсов

М. Р. Волков, И. Б. Мухин

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Исследованы возможность низкотемпературного жидкостного охлаждения многодискового квантрона, а также основные преимущества такого подхода. Смоделирована активная зона квантрона, выполнен расчёт температуры, скорости теплоносителя, инверсии, усиления и запасённой энергии в активной среде, термонаведённых фазовых искажений. Показано, что такое охлаждение можно осуществить с помощью этилового спирта; существуют также и более предпочтительные, но и более трудные в использовании жидкости. Найдены оптимальные параметры активной зоны для использования импульсов накачки с энергией в несколько Дж. Показан существенный рост усиления и запасённой энергии при охлаждении с 300 до 200 K, а также уменьшение фазовых термонаведённых искажений.
Ключевые слова: жидкостное низкотемпературное охлаждение, этанол, многодисковый иттербиевый квантрон, термонаведённые фазовые искажения, эффективность охлаждения
Поступила в редакцию: 04.04.2021
Исправленный вариант: 11.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 878–885
Образец цитирования: М. Р. Волков, И. Б. Мухин, “Применение жидкостного низкотемпературного охлаждения в многодисковом иттербиевом лазерном квантроне в условиях мультиджоулевой накачки при высокой частоте следования импульсов”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 878–885 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 878–885]

Скачать (.pdf)

Фемтосекундная лазерная система на основе тонких стержневых активных Yb : YAG-элементов с высокими значениями средней мощности и энергии импульсов излучения

Ч. Янг, Ч. В. Ким, Е. Г. Салль, Б. Ли, В. Джонг, С. Парк, Ч. Ким, В. Е. Яшин, Г. Х. Ким

  • Electro-Medical Device Research Center, Korea Electrotechnology Research Institute, Republic of Korea
  • Университет ИТМО, г. С.-Петербург
Аннотация: Разработана и создана трехкаскадная лазерная усилительная система на основе тонких стержней из Yb : YAG с лазерной диодной накачкой. Непрерывная последовательность фемтосекундных импульсов от задающего Yb : KGW-генератора c частотой следования 80 МГц и первоначальной длительностью 150 фс прореживалась ячейкой Поккельса до частоты 0.25–1 МГц и усиливалась в системе более чем в 6500 раз до средней мощности свыше 100 Вт. Для подавления самофокусировки импульсы удлинялись в стретчере на объемной брэгговской дифракционной решетке, усиливались и затем сжимались до 947 фс. Энергия сжатых после усиления фемтосекундных импульсов при разных частотах следования превышала 100–170 мкДж, что позволяет их использовать для эффективной микрообработки различных материалов.
Ключевые слова: лазерные усилители на Yb : YAG-стержнях, диодная накачка, высокие средняя мощность и энергия излучения, фемтосекундные импульсы
Поступила в редакцию: 07.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 873–877
Образец цитирования: Ч. Янг, Ч. В. Ким, Е. Г. Салль, Б. Ли, В. Джонг, С. Парк, Ч. Ким, В. Е. Яшин, Г. Х. Ким, “Фемтосекундная лазерная система на основе тонких стержневых активных Yb : YAG-элементов с высокими значениями средней мощности и энергии импульсов излучения”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 873–877 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 873–877]

Скачать (.pdf)

Импульсный лазерно-плазменный источник гамма-излучения для радиографии

В. А. Флегентов, К. В. Сафронов, С. А. Горохов, А. С. Тищенко, С. Ф. Ковалева, А. В. Потапов, А. В. Павленко

  • ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – ВНИИТФ им. академика Е. И. Забабахина», г. Снежинск Челябинской обл.
Аннотация: На фемтосекундной Ti : сапфировой лазерной установке проведены эксперименты по генерации пучков релятивистских электронов в плотных газовых струях гелия (концентрация электронов ~1020 см3). Зарегистрированы пучки электронов с суммарным зарядом 0.2–0.5 нКл, максимальной энергией электронов до 60 МэВ и расходимостью до 300 мрад. Генерируемые пучки электронов конвертировались в тормозное рентгеновское излучение с помощью Ta-пластины толщиной 2 мм. Средняя доза тормозного излучения в воздухе на расстоянии 1 м от источника составила 5.4 ± 1.7 мрад/имп. Размер излучающей области, измеренный по размытию рентгенографического изображения, был равен около 650 мкм (FWHM).
Ключевые слова: лазерно-плазменное ускорение, плотные газовые струи, релятивистские электроны, тормозное рентгеновское излучение, радиография.
Поступила в редакцию: 27.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 866–872
Образец цитирования: В. А. Флегентов, К. В. Сафронов, С. А. Горохов, А. С. Тищенко, С. Ф. Ковалева, А. В. Потапов, А. В. Павленко, “Импульсный лазерно-плазменный источник гамма-излучения для радиографии”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 866–872 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 866–872]

Скачать (.pdf)

Влияние формирования электрон-позитронной плазмы на процесс генерации магнитного поля при лазерно-плазменном взаимодействии

А. С. Самсонов, Е. Н. Неруш, И. Ю. Костюков

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
  • Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», г. Москва
Аннотация: Рассмотрено влияние образования электрон-позитронных пар на процесс генерации квазистационарного магнитного поля при взаимодействии экстремально интенсивного циркулярно поляризованного лазерного импульсного излучения с толстой плазменной мишенью. Полноразмерное трёхмерное численное моделирование методом частиц в ячейках с учётом квантово-электродинамических процессов указывает на качественное изменение процесса генерации магнитного поля при интенсивности лазерного излучения I≳1024 Вт/см2, при которой образуется макроскопическое число электрон-позитронных пар. В таком случае амплитуда магнитного поля растёт с ростом интенсивности излучения, тогда как без учёта процесса рождения электрон-позитронных пар амплитуда магнитного поля практически не зависит от интенсивности.
Ключевые слова: обратный эффект Фарадея, рождение электрон-позитронных пар, моделирование методом частиц в ячейках
Поступила в редакцию: 18.06.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 861–865
Образец цитирования: А. С. Самсонов, Е. Н. Неруш, И. Ю. Костюков, “Влияние формирования электрон-позитронной плазмы на процесс генерации магнитного поля при лазерно-плазменном взаимодействии”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 861–865 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 861–865]

Скачать (.pdf)

Диссипативные аспекты экстремальной нелинейной оптики

Н. Н. Розанов, И. А. Александров, М. В. Архипов, Р. М. Архипов, И. Бабушкин, Н. А. Веретенов, А. В. Дадеко, Д. А. Тумаков, С. В. Федоров

  • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург
  • Санкт-Петербургский государственный университет
  • Institute of Quantum Optics, Leibniz Universität Hannover, Germany
  • Cluster of Excellence PhoenixD (Photonics, Optics, and Engineering-Innovation across Disciplines), Hannover, Germany
  • Max Born Institute, Germany
  • АО «ГОИ им. С. И. Вавилова», г. С.-Петербург
Аннотация: Представлен обзор исследований эффектов экстремальной нелинейной оптики, в которых принципиальную роль играют диссипативные факторы, такие как поглощение и усиление света в среде. Генерация экстремальных по длительности импульсов вплоть до униполярных анализируется на примере развития представлений о явлении самоиндуцированной прозрачности, практическое применение которого становится реальным для предельно коротких импульсов в лазерах и лазерных средах. Экстремальность структурирования излучения достигается для диссипативных (лазерных) солитонов, характеризующихся сложной топологией фазовых и поляризационных сингулярностей, что представляет интерес для кодирования информации.
Ключевые слова: предельно короткие импульсы излучения, униполярные импульсы, самоиндуцированная прозрачность, топологические диссипативные оптические солитоны.
Поступила в редакцию: 22.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:11, 959–969
Образец цитирования: Н. Н. Розанов, И. А. Александров, М. В. Архипов, Р. М. Архипов, И. Бабушкин, Н. А. Веретенов, А. В. Дадеко, Д. А. Тумаков, С. В. Федоров, “Диссипативные аспекты экстремальной нелинейной оптики”, Квантовая электроника, 51:11 (2021), 959–969 [Quantum Electron., 51:11 (2021), 959–969]

Скачать (.pdf)

Датчик напряженности высокочастотных электрических полей на основе оптических волноводов с двумя щелями, заполненными электрооптическим полимером

И. А. Гончаренко, В. Н. Рябцев

  • Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, г. Минск
Аннотация: Рассмотрена структура датчика высокочастотных внешних электрических полей на основе микрокольцевых резонаторов с использованием оптических волноводов с двумя горизонтальными или вертикальными щелями, заполненными электрооптическим полимером. С помощью метода линий рассчитаны постоянные распространения и распределения полей мод таких волноводов. Показано, что в волноводах с двумя заполненными электрооптическим полимером щелями достигается бóльшая интенсивность оптического излучения в области щелей по сравнению с волноводами с одной щелью, что позволяет повысить чувствительность датчика. Установлены расстояния между щелями и значения их ширин, при которых достигается максимальная чувствительность датчика. Датчик позволяет измерять переменные электрические поля с частотами до 10 ГГц в диапазоне 100 – 16 × 106 В/м с точностью до 150 В/м.
Ключевые слова: кольцевой микрорезонатор, щелевой волновод, оптический датчик, электрооптический полимер, эффективный показатель преломления, напряженность электрического поля.
Поступила в редакцию: 05.08.2021
Исправленный вариант: 14.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:11, 1044–1050
Образец цитирования: И. А. Гончаренко, В. Н. Рябцев, “Датчик напряженности высокочастотных электрических полей на основе оптических волноводов с двумя щелями, заполненными электрооптическим полимером”, Квантовая электроника, 51:11 (2021), 1044–1050 [Quantum Electron., 51:11 (2021), 1044–1050]

Скачать (.pdf)

Использование наноразмерных диэлектрических частиц, легированных ионами Yb3+, для усиления теплового эффекта при воздействии на биоткань лазерным излучением ближней ИК области спектра (эксперименты in-vivo)

П. А. Рябочкина, С. А. Хрущалина, А. Н. Беляев, О. С. Бушукина, И. А. Юрлов, С. В. Костин

  • Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва, г. Саранск
Аннотация: Исследованы условия возникновения широкополосного излучения частиц диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттербия, при их возбуждении интенсивным лазерным излучением с длиной волны 980 нм. Показано, что данное излучение наблюдается при более низкой плотности мощности возбуждения и меньшем содержании иттербия, чем в частицах ортофосфатов и их гидратов. В результате экспериментов in-vivo продемонстрирована возможность использования иттербийсодержащих частиц для усиления теплового эффекта от воздействия лазерного излучения с длиной волны 980 нм на кожный покров крысы.
Ключевые слова: наночастицы, редкоземельные ионы, воздействие лазерного излучения на биологическую ткань.
Поступила в редакцию: 20.07.2021
Исправленный вариант: 29.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:11, 1038–1043
Образец цитирования: П. А. Рябочкина, С. А. Хрущалина, А. Н. Беляев, О. С. Бушукина, И. А. Юрлов, С. В. Костин, “Использование наноразмерных диэлектрических частиц, легированных ионами Yb3+, для усиления теплового эффекта при воздействии на биоткань лазерным излучением ближней ИК области спектра (эксперименты in-vivo)”, Квантовая электроника, 51:11 (2021), 1038–1043 [Quantum Electron., 51:11 (2021), 1038–1043]

Скачать (.pdf)

Модуляционная неустойчивость двух ТЕ мод тонкой левоориентированной пленки на правоориентированной нелинейной подложке

А. С. Буллер, Ю. В. Зеленецкая, Р. В. Литвинов, Н. Р. Мелихова

  • Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
  • Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Аннотация: Внутримодовые волновые пучки в тонкой левоориентированной пленке на керровской подложке рассмотрены на частоте вблизи нуля групповой скорости моды. Получены четыре связанных (1 + 1)-мерных нелинейных уравнения Шредингера, описывающие взаимодействие вперед и назад распространяющихся пучков с положительными и отрицательными групповыми скоростями. Показано, что фазовая само- и кроссмодуляция при одновременном распространении четырех мод возможна только при строго согласованных возмущениях их постоянных распространения, что обусловлено вкладом пространственно-параметрического смешения. Для различных вариантов распространения только двух волноводных мод выполнен анализ их модуляционной неустойчивости. Исследованы особенности модуляционной неустойчивости, связанные с распространением мод с отрицательными групповыми скоростями.
Ключевые слова: тонкая левоориентированная пленка, волноводные моды, отрицательная групповая скорость, модуляционная неустойчивость.
Поступила в редакцию: 16.07.2021
Исправленный вариант: 29.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:11, 1030–1037
Образец цитирования: А. С. Буллер, Ю. В. Зеленецкая, Р. В. Литвинов, Н. Р. Мелихова, “Модуляционная неустойчивость двух ТЕ мод тонкой левоориентированной пленки на правоориентированной нелинейной подложке”, Квантовая электроника, 51:11 (2021), 1030–1037 [Quantum Electron., 51:11 (2021), 1030–1037]

Скачать (.pdf)

Исследование эксплуатационных свойств пластиковых оптических волокон, используемых в светофоре

С. Савович, А. Джорджевич, Р. Минь, И. Савович

  • University of Kragujevac, Faculty of Science, Serbia
  • City University of Hong Kong, China
  • Center for Cognition and Neuroergonomics, Beijing Normal University at Zhuhai, China
  • University of Belgrade, Serbia
Аннотация: Исследованы рабочие характеристики многомодового пластикового оптического волокна (ПОВ), используемого в системе светофора. С этой целью предложена аналитическая функция, позволяющая прогнозировать угловое распределение мощности на выходном конце многомодового ПОВ при строго коаксиальном вводе пучка на входе волокна. Показано, как взаимодействие мод влияет на угловое распределение выходной мощности вдоль волокна. Обнаружено, что по мере увеличения длины ПОВ угловое распределение выходной мощности расширяется, пока не достигается стационарное распределение. Это расширение несущественно для коротких ПОВ длиной до 10 м. В результате можно определить эффективную площадь излучения на выходе ПОВ любой длины в составе различных систем освещения, таких как светофоры, системы освещения зданий и мостов.
Ключевые слова: пластиковое оптическое волокно, взаимодействие мод, поток мощности, светофор
Поступила в редакцию: 30.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:11, 1026–1029
Образец цитирования: С. Савович, А. Джорджевич, Р. Минь, И. Савович, “Исследование эксплуатационных свойств пластиковых оптических волокон, используемых в светофоре”, Квантовая электроника, 51:11 (2021), 1026–1029 [Quantum Electron., 51:11 (2021), 1026–1029]

Скачать (.pdf)