Криогенный дисковый Yb:YAG-лазер
Одно из наиболее перспективных направлений развития мощных лазеров связано с криогенно охлаждаемой активной средой в форме диска. В этих работах в качестве активного иона широко используется ион иттербия, характеризуемый малым дефектом кванта (9%), большим временем жизни инверсии и отсутствием поглощения из возбужденного состояния. Использование активного элемента в форме тонкого диска существенно уменьшает тепловые искажения излучения благодаря торцевому теплоотводу, при котором градиент температуры направлен вдоль, а не поперек распространения излучения. Кроме того, небольшая длина активного элемента позволяет усиливать мощные короткие импульсы, не опасаясь самофокусировки.
Еще один метод подавления тепловых эффектов – охлаждение активного элемента до температуры жидкого азота. При этом увеличивается теплопроводность, уменьшается коэффициент теплового расширения и температурный градиент изменения показателя преломления dn/dT, увеличиваются сечения поглощения перехода накачки и рабочего перехода и практически полностью опустошается нижний рабочий уровень (среда становится четырехуровневой). Современная технология позволяет изготавливать активные элементы из оптической керамики, обладающей уникальным набором свойств. Это и большая (как у стекла) апертура и большая (как у монокристалла) теплопроводность, а также возможность создания керамики из материалов, не выращиваемых в виде качественных монокристаллов, но обладающих оптимальным сочетанием свойств (Y2O3, TSAG).
Группой сотрудников под руководством О. В. Палашова разработан криогенный дисковый Yb:YAG-лазер, работающий по следующей схеме: задающий генератор – многопроходный (12V проходов) предварительный усилитель – 4V-проходный двухкаскадный оконечный усилитель. Получена энергия 0,23 Дж в наносекундных импульсах с частотой повторения 140 Гц. Разработаны модель расчета запасенной энергии в дисковых активных элементах, учитывающая усиленное спонтанное излучение, и технология изготовления композитных активных элементов термодиффузионной сваркой кристаллов Yb:YAG и YAG. Использование композитных активных элементов позволит существенно ослабить паразитный эффект усиленного спонтанного излучения и удвоить запасенную энергию. В данной схеме планируется достижение киловаттного уровня средней мощности.
В ИПФ РАН совместно с Институтом химии высокочистых веществ РАН разрабатывается основанная на микроволновом нагреве технология изготовления Yb:(YLa)2O3-керамики, близкой по своим свойствам к керамике Yb:Y2O3.
