Лазеры нового поколения. ИПФ РАН предлагает инновационное решение для усиления

Российские ученые из Института прикладной физики РАН разработали концепцию стержневого иттербиевого «усилителя расходящегося пучка». Это новое решение позволяет одновременно достигать высокой пиковой и средней мощности излучения, что делает данную технологию конкурентоспособной с текущими лидерами рынка — слэбовыми и дисковыми лазерами.

Традиционно стержневая геометрия была популярной в твердотельных лазерах благодаря своей простоте и эффективности. Однако стержневые иттербиевые лазеры, несмотря на высокие показатели средней мощности, ограничивались невысокой энергией импульсов. Это связано с тем, что увеличение мощности требует более эффективного охлаждения, что трудно достичь в стержневой конструкции. Однако новая концепция позволяет преодолеть эти ограничения.

«Ключевой проблемой… стали факторы, препятствующие увеличению размера пучка при усилении, среди которых тепловая линза, поперечная неоднородность коэффициента усиления и нелинейная самофокусировка»

– Иван Кузнецов, старший научный сотрудник ИПФ РАН

Предложенный в ИПФ РАН стержневой активный элемент выполнен в форме усеченного конуса. Это позволяет увеличить размер пучков по мере их распространения, что помогает избегать оптического пробоя и улучшает охлаждение. Широкая часть конуса используется для извлечения импульсов большой энергии, что предотвращает пробой выходного торца.

Использование данной концепции уже позволило втрое повысить выходную энергию импульсов, сохранив высокую среднюю мощность и качество пучка. Это достижение делает стержневые иттербиевые лазеры более привлекательными для применения в различных областях науки и техники, таких как лазерная спектроскопия, ускорение заряженных частиц и лазерная обработка материалов.