Твердотельные лазеры ближнего ИК-диапазона с диодной накачкой

энергии, уменьшения мощности и стоимости по-

Переход информационных лазерных систем, работающих на горизонтальных трассах, в область спектра 1.5 мкм оправдан не только безопасностью лазерного излучения для глаз, но и повышением потенциала лазерной системы. Излучение 1.5 мкм диапазона спектра характеризуется меньшей величиной рассеяния и поглощения в приземных слоях атмосферы. Энергия лазера в области 1.5 мкм, необходимая для решения задачи, в 5–8 раз меньше, чем в области 1 мкм [1].

При работе на вертикальных и наклонных трассах более эффективным оказывается использова- ние неодимовых лазеров, излучающих на длине волны 1.06 мкм. На высотах более 0.5 км потери излучения в атмосфере снижаются [2] и с учетом невысокой эффективности параметрического преобразования излучения в область спектра 1.5 мкм (около 30 %) непосредственное использование излучения неодимового лазера становится предпочтительным с точки зрения требований к выходной

Рис. 1. Структурная схема излучателя.

Условные обозначения на схеме: 1, 8 — зеркала резонатора; 2 — юстировочные клинья; 3 — электрооптический затвор; 4 — поляризатор; 5 — поворотные зеркала; 6 — активный элемент YAG:Nd3+; 7 — оптический отражатель; 9 — зеркала резонатора параметрического генератора света; 10 — нелинейные кристаллы KTP; 11 — выходное окно

лупроводниковых источников накачки.

В работе [3] мы сообщали о создании опытного образца малогабаритного твердотельного лазера с полупроводниковой накачкой для дальномера, работающего в безопасной для глаз области спектра (1.57 мкм). В настоящей работе сообщается о создании опытных образцов твердотельных лазеров с полупроводниковой накачкой, излучающих в ближней ИК-области спектра: 1.06 мкм на кристалле Nd:YAG и 1.57 мкм на базе параметрического преобразования частоты излучения неодимового лазера в кристаллах KTP.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧАТЕЛЯ

Структурная схема лазера с параметрическим преобразованием частоты излучения в область спектра 1.57 мкм показана на рис. 1.

М. О. ИСКАНДАРОВ, А. А. НИКИТИЧЕВ, М. А. СВЕРДЛОВ, А. Л. ТЕР-МАРТИРОСЯН

а

Рис. 2. Внешний вид лазерной линейки (а) и лазерной матрицы (б)

Оптический резонатор Nd:YAG лазера образован глухим зеркалом 1 и выходным зеркалом 8. Резонатор включает в себя юстировочные клинья 2, электрооптический затвор 3, поляризатор 4, поворотные зеркала 5, активный элемент 6 из кристалла YAG:Nd3+, находящийся в моноблочном оптическом отражателе 7. Параметрический преобразователь излучения в область 1.57 мкм, выполненный в виде отдельного узла, включает кольцевой резонатор 9 и нелинейные кристаллы KTP 10. Выходное окно 11 служит для герметизации объема излучателя.

Для накачки активного элемента лазера используются две лазерные матрицы, излучающие на длине волны 807 нм с оптической мощностью 2250 Вт при длительности импульса 250 мкс и частоте 25 Гц, разработанные специально для данного класса излучателей. Каждая матрица состоит из 18 лазерных линеек с оптической мощностью 125 Вт, изготовленных из InAlGaAs гетероструктуры, выращенной методом молекулярнолучевой эпитаксии. Фотографии лазерной линейки и лазерной матрицы приведены на рис. 2. Ватт-амперная характеристика, зависимость КПД от тока накачки и спектр генерации лазерной матрицы приведены на рис. 3.

Выходная энергия лазера на длине волны 1.06 мкм составляет 80 мДж, на длине волны 1.57 мкм — 25 мДж; длительность импульса 10 нс; частота повторения импульсов до 25 Гц. Диаметр выходного излучения составляет 5 мм, расходимость излучения лазера на длине волны 1.06 мкм 2 мрад, на длине волны 1.57 мкм 4 мрад. Лазеры унифицированы по питанию, управлению и габаритным размерам.

Общий вид излучателя с параметрическим преобразованием частоты излучения в область спектра 1.57 мкм показан на рис. 4. Излучатель имеет герметичный корпус, внутренний объем заполнен сухим азотом. Термостабилизация диодных линеек и активного элемента осуществляется термоэлектрическими модулями. Модули обеспечивают непрерывную работу излучателя с частотой повторения импульсов 25 Гц в интервале температур окружающей среды от – 55 до + 55 °С. Конструкция излучателя обеспечивает устойчивость к механическим воздействиям (многократный удар с ускорением 15 g длительностью 2 мс, синусоидальная вибрация с ускорением 3 g в диапазоне 10–400 Гц). Габаритные размеры излучателей с радиатором охлаждения составляют: излучатель с длиной волны 1.06 мкм — 250×112×100 мм, излучатель с длиной волны 1.57 мкм — 300×112×100 мм.

Рис. 3. Ватт-амперная характеристика и зависимость КПД от тока накачки лазерной матрицы (а), спектр генерации лазерной матрицы (б)

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ БЛИЖНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ

Рис. 4. Общий вид излучателя