Пикосекундные Nd:YAG лазеры для лунной лазерной дальнометрии с субджоулевым уровнем выходной энергии
А. Ф. Корнев1, Р. В. Балмашнов1, В. В. Коваль1,2
1ООО «Лазеры и оптические системы», г. Санкт-Петербург, Россия
2Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург, Россия
В работе представлено сравнение двух схем мощных пикосекундных лазерных усилителей с субджоулевым уровнем выходной энергии, работающих на частоте следования импульсов 200 Гц, которые могут быть использованы в лунной лазерной дальнометрии (ЛЛД): (1) однокаскадная шестипроходовая на активном элементе Nd:YAG Ø15×140 и (2) двухкаскадная двухпроходовая на двух активных элементах Nd:YAG Ø15×140 мм и Ø10×140 мм. В работе приведены основные экспериментальные результаты испытаний каждой схемы и проведено сравнение схем.
Выходная энергия импульсов излучения 1064 нм в схемах (1) и (2) составила 0.53 Дж и 0.92 Дж, длительность импульсов — 81 пс и 63 пс соответственно. Выходная энергия схемы (2) была ограничена эффектом мелкомасштабной самофокусировки. Выходное излучение в каждой схеме было преобразовано во вторую гармонику с помощью кристалла LBO. Эффективность генерации второй гармоники в схемах (1) и (2) составила 54 % и 79 % соответственно. Энергия излучения на длине волны 532 нм составила 286 мДж и 730 мДж в схемах (1) и (2) соответственно. Выходная энергия схемы (2) была ограничена эффектом мелкомасштабной самофокусировки.
Обе разработанные схемы обладают высокой стабильностью формы импульса, высокой выходной энергией и высокой частотой следования импульсов. Однокаскадная схема (1) имеет меньшую себестоимость за счет использования одного каскада усиления, но является более сложной. Энергия импульса на выходе усилителя (1) достаточна для использования его в ЛЛД. Схема (2) устойчива к разъюстировкам, в ней проще компенсировать термически наведенное двулучепреломление и нестационарные искажения волнового фронта. Схема (2) позволяет получить более высокую равномерность распределения интенсивности излучения в ближнем поле и меньшую расходимость излучения. Значения выходной энергии на длинах волн 1064 нм и 532 нм, которые получены в схеме (2), являются рекордными для данного класса лазеров.
Разработанные схемы усилителей могут с успехом использоваться в ЛЛД.