Элементная база для лазеров с высокой средней мощностью

Изоляторы Фарадея (ИФ) являются неотъемлемой частью подавляющего большинства мощных лазерных систем. По причине относительно большого поглощения (~10^-3 см^-1) в магнитооптических элементах ИФ возникает неоднородное распределение температуры, из-за чего проходящее излучение подвергается сильному тепловому самовоздействию, приводящему к снижению степени изоляции. Вследствие постоянного увеличения средней мощности лазеров проблема разработки и совершенствования ИФ не теряет своей актуальности.

Под руководством О. В. Палашова ведутся теоретические и экспериментальные исследования искажений поляризации и фазы проходящего излучения, возникающих из-за неоднородного нагрева магнитооптических элементов ИФ, а также методов уменьшения этих эффектов. В результате разработан целый ряд схем ИФ для лазеров с высокой средней мощностью, способных обеспечить стабильную степень изоляции излучения субкиловаттного и мультикиловаттного уровня мощности.

Среди разработок, созданных в ИПФ РАН, можно выделить следующие:

• ИФ с компенсацией термонаведенных искажений: либо при помощи замены одного магнитооптического элемента двумя, между которыми находится взаимный оптический элемент, либо с добавлением к ИФ компенсатора вне его магнитного поля;
• ИФ с увеличенным магнитным полем, которое достигается использованием магнитопроводов или неортогонально намагниченных секторальных колец, что позволяет укорачивать магнитооптический элемент;
• вакуумные ИФ, предназначенные для работы в условиях высокого вакуума (~10^-6 Торр);
• ИФ с термостабилизацией магнитооптического элемента при помощи водяного охлаждения или при помощи элементов Пельтье;
• ИФ с охлаждением магнитооптического элемента, которое может осуществляться при помощи элементов Пельтье или жидкого азота. Охлаждение магнитооптического элемента не только значительно улучшает его термооптические свойства, но и позволяет его существенно укорачивать. Сконструирован прототип криогенного ИФ, в котором охлаждению до температур жидкого азота подвергается как магнитооптический элемент, так и магнитная система. Устройство способно обеспечить стабильную степень изоляции излучения мультикиловаттного уровня мощности.

Ячейки Поккельса с плазменными электродами предназначены для работы в мощных лазерных системах с большой апертурой пучка (100–400 мм). Использование широкоапертурных кристаллов DKDP позволяет существенно уменьшить по сравнению с зарубежными аналогами, в которых используются кристаллы KDP, потери лазерного излучения, обусловленные линейным поглощением, и амплитуду управляющего напряжения (примерно в два раза) и соответственно существенно улучшить массогабаритные характеристики электронных блоков.

Под руководством Н. Ф. Андреева в ИПФ РАН совместно с Институтом лазерно-физических исследований РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров) созданы ячейки Поккельса с плазменными электродами на основе кристалла DKDP апертурой 100 × 100 мм и 300 × 300 мм для управления оптическими пучками в мощных многопроходных лазерных системах, разрабатываемых в рамках программы лазерного термоядерного синтеза.