Высокоэффективная перестраиваемая твердотельная лазерная система среднего инфракрасного диапазона

В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН разработаны физические принципы и создан лабораторный макет компактной высокоэффективной твердотельной лазерной системы среднего инфракрасного диапазона, имеющей одновременно высокую в среднем по времени мощность и узкую спектральную линию, перестраиваемую на длинах волн 2,3–2,7 мкм. Лазерная система, перестраиваемая в окне прозрачности атмосферы Земли, предназначена для дистанционного оптического мониторинга (зондирования) верхних слоёв атмосферы с борта летательного аппарата – самолета, вертолёта или космического спутника.

Лазерная система, включающая двойной лазерный генератор и двойной усилитель мощности, создана на основе поликристаллического селенида цинка, активированного ионами хрома (Cr2+:ZnSe). Поликристаллические активные элементы из Cr2+:ZnSe были изготовлены специалистами Института химии высокочистых веществ РАН. Накачка активных элементов производится импульсно-периодическим излучением лазеров на кристаллах Ho3+:YAG, которые, в свою очередь, накачиваются излучением тулиевых волоконных лазеров. Сужение линии генерации и её перестройка реализованы с помощью акустооптического фильтра. Указанный метод перестройки лазерной длины волны является чисто электронным без механического движения оптических элементов, что позволяет управлять ей дистанционно с высокой воспроизводимостью. Следует отметить, что все основные лазерные компоненты изготовлены в России.

Наряду с зондированием верхних слоёв атмосферы Земли созданная лазерная система может быть использована для наземного лидарного экологического мониторинга, высокоточной лазерной обработки органических материалов, в хирургии и стоматологии.

Разработка защищена международным патентом Евроазиатского агентства.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-№ 22-12-20035), Министерства образования науки и молодёжной политики Нижегородской области (соглашения №№ 316-06-16-17/22, 316-06-16-24/23 и 316-06-16-11/24), а также научно-технической программы Союзного государства России и Беларуси «Технология – СГ» (проект «Технология-СГ-3.2.1.2»).

(1) Схема лазерной системы; (2) Фотография макетного образца лазерной системы; (3) Фотографии активных элементов Cr2+:ZnSe, изготовленных в Нижнем Новгороде (ИХВВ РАН); (4) Спектр генерации лазерной системы с широкой спектральной линией (без акустооптического фильтра) и узкой спектральной линией и её перестройкой (с акустооптическим фильтром).

Авторы: О.Л. Антипов, И.Д. Еранов, С.С. Балабанов, Ю.А. Гетмановский, В.В. Шарков, А.А. Добрынин, Н.Н. Юдин.

  1. Antipov, O., Eranov, I., Balabanov, S., Dobryinin, A., Getmanovskiy, Y., Sharkov, V., & Yudin, N. (2024, June). High-Repetition-Rate 2.3–2.7 µm Acousto-Optically Tuned Narrow-Line Laser System Comprising Two Master Oscillators and Power Amplifiers Based on Polycrystalline Cr2+: ZnSe with the 2.1 µm Ho3+:YAG Pulsed Pumping. In Photonics Vol. 11, No. 6, pp. 555-17, 2024.
  2. Antipov, O.L.; Eranov, I.D.; Getmanovskiy, Y.A. IR Laser Source Based on Cr2+-Doped Chalcogenide Crystals with Acousto-Optical Wavelength Tuning. EA 041501B1, 31 October 2022. (Европатент Антипов О.Л., Еранов И.Д., Гетмановский Ю.А. «Лазерный источник ИК диапазона на основе халькогенидных кристаллов, активированных Cr2+, с акустооптической перестройкой длины волны»).