Адрес для переписки: Орехов К.А. ОАО «Пеленг», ул. Макаенка, 23, 220023, г. Минск, Беларусь e-mail: ice987@mail.ru
Address for correspondence: Orehov K.A. Peleng JSC, Makayonka str., 23, 220023, Minsk, Belarus e-mail: ice987@mail.ru
Существующие на данный момент лазерные излучатели для измерения расстояний, работающие без охлаждения, обладают рядом недостатков: низкая энергия выходного излучения, что ограничивает дальность измерения; высокая расходимость на выходе резонатора, что требует установки массивной формирующей оптики и значительно увеличивает габаритные размеры; нестабильность параметров излучения при длительной работе из-за нагрева лазерного кристалла. В данной работе рассматривается теоретическая модель лазерного излучателя для передающего блока лазерного дальномера на основе цилиндрического активного элемента Nd:YAG с поперечной диодной накачкой, позволяющей решить вышеуказанные проблемы. Моделирование системы проведено методами матричной оптики и на основе балансных уравнений. В основу излучателя положена плоско-вогнутая схема резонатора с внутренней рассеивающей линзой, предназначенной для согласования размера моды TEM00 с размерами активной среды и перестройки резонатора на границу устойчивости, что позволяет получить расходимость на выходе резонатора на уровне дифракционной для лазерного стержня диаметром до 5 мм при длине резонатора 300 мм. Перестройка резонатора и согласование размера моды осуществляется продольной подвижкой линзы относительно «глухого» зеркала. Рассмотрены модели односторонней, двусторонней и трехсторонней схем накачки, проведен их сравнительный анализ с точки зрения равномерности распределения поглощенной энергии внутри лазерного кристалла, а также эффективности. Разработана модель трехсторонней накачки с системой клиновидных отражателей с золотым покрытием, обеспечивающая эффективность накачки на уровне 54 % при равномерном распределении энергии накачки по сечению активного элемента. На основе моделирования в среде ANSYS предложена схема реализации терморегулирования активного элемента при работе в вакууме введением теплопроводящего клея между боковой гранью активного элемента и корпусом квантрона, что позволяет при цикле в 8 мин снизить нагрев активного элемента на 35 °С. Энергия излучения в импульсе при накачке 1,2 Дж составляет около 0,3 Дж при длительности импульса 4 нс и частоте 2 Гц.
Laser emitters used in rangefinders without cooling have several limitations: low energy, high beam divergence at the cavity exit that leads to large output telescope design that significantly increases rangefinder’s size, long time beam parameters instability due to laser crystal heating. In the article laser emitter for a transmitting unit of rangefinder based on cylindrical laser medium Nd:YAG with transverse diode pumping abled to solve all the abovementioned promblems is considered. Matrix optics and balance equations were used for system modeling. The emitter is based on plano-concave scheme cavity with internal concave lens aimed for matching the size of TEM00 mode with the size of laser medium and cavity tuning to stability threshold which allows to achieve divergence of the output pulse at diffraction level for 5 mm diameter medium and 300 mm cavity length. Cavity reconfiguration and mode size compliance is conducted by the longitudinal movement of lens relative to the rear mirror. Three-, twoand one-sided pump schemes are compared in terms of rod energy absorption uniformity and their effectiveness. The three-sided pump scheme model with a system of gold coated reflectors was designed that provides 54 % efficiency of pump when the pump energy is distributed uniformly along the cross-section of the laser medium. Based on the modeling in ANSYS the scheme of laser medium thermal control in vacuum conditions was suggested that implies introduction heat-conducting glue between the side edge of a laser medium and quantron body that allows to low the active medium heating in the 8 min cycle by 35 °С. Beam pulse energy under pump of 1.2 Joule equals to about 0.3 Joule with the 4 ns pulse time and 2 Hz in frequency.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.