pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2017-8-3-222-227pimi-325Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsМАСШТАБИРОВАНИЕ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ НЕПРЕРЫВНОГО YB:YAG МИКРОЧИП-ЛАЗЕРА ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМPOWER SCALING IN CONTINUOUS-WAVE YB:YAG MICROCHIP LASER FOR MEASURING APPLICATIONSИвашкоА. М.IvashkoA. M.

Адрес для переписки: Ивашко А.М. – ОАО «Пеленг», ул. Макаенка, 25, Минск 220114,   e-mail: alex.ivashko.mail.by@gmail.com

Address for correspondence: Ivashko A.M. – JSC «Peleng», Makayonok str., 25, Minsk 220114, Belarus   e-mail: alex.ivashko.mail.by@gmail.com

alex.ivashko.mail.by@gmail.comКисельВ. Э.KiselV. E.КулешовН. В.KuleshovN. V.ПеленгБеларусьPeleng JSCBelarusНИЦ оптических материалов и технологий Белорусского национального технического университетаБеларусьCenter for Optical Materials and Technologies, Belarusian National Technical UniversityBelarus20172709201783222227Copyright © Ивашко А.М., Кисель В.Э., Кулешов Н.В., 20172017Ивашко А.М., Кисель В.Э., Кулешов Н.В.Ivashko A.M., Kisel V.E., Kuleshov N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/325

Усовершенствованию характеристик лазеров для использования в измерительных приборах уделяется большое внимание. Одним из перспективных направлений по уменьшению массогабаритных характеристик и энергопотребления для твердотельных лазеров является использование диодной накачки и микрочипконфигурации резонатора. Увеличение выходной мощности при сохранении качества лазерного пучка для данного класса излучателей затруднительно из-за тепловых эффектов, возникающих в активной среде при увеличении мощности накачки. Целью данной работы было исследование возможности увеличения выходной мощности микрочип-лазера, построенного по принципу мультипликации прокачиваемых зон, при сохранении качества генерируемого лазерного пучка, близкого к дифракционному.

Проведено исследование непрерывного микрочип-лазера с продольной диодной накачкой на основе кристалла Yb:YAG. В представленном лазере излучение от нескольких лазерных диодов фокусируется в отдельные области активного элемента (мультипликация прокачиваемых зон), что позволяет реализовать одновременную генерацию нескольких лазерных пучков. Предметом исследования были энергетические и пространственные характеристики генерируемых лазерных пучков.

Обнаружен эффект взаимного влияния прокачиваемых зон на энергетические и пространственные характеристики отдельного лазерного пучка и, как следствие, на характеристики суммированного излучения. Определены зависимости изменения выходной мощности лазера от расстояния между соседними прокачиваемыми областями и их количеством. При одинаковой мощности накачки мощность отдельного лазерного пучка уменьшается с уменьшением расстояния между прокачиваемыми зонами и при увеличении их количества c одновременным улучшением качества генерируемого лазерного пучка.

Эффект взаимного влияния прокачиваемых зон Yb:YAG микрочип-лазера позволил получить Гауссов профиль интенсивности отдельного лазерного пучка при мощности генерируемого излучения 2 Вт при прокачке четырех зон, что на 30 % больше, чем для случая отсутствия прокачки соседних областей. 

Characteristics optimization of lasers used in different measuring systems is of great interest up to now. Diode-pumped microchip lasers is one of the most perspective ways for development of solid-state light sources with minimal size and weight together with low energy power consumption. Increasing of output power with good beam quality is rather difficult task for such type of lasers due to thermal effects in the gain crystal under high pump power.

The investigation results of continuous-wave longitudinally diode-pumped Yb:YAG microchip laser are presented. In the presented laser radiation from multiple pump laser diodes were focused into the separate zone in one gain crystal that provides simultaneous generation of multiple laser beams. The energy and spatial laser beam characteristics were investigated.

Influence of neighboring pumped regions on energy and spatial laser beams parameters both for separate and for sum laser output was observed. The dependences of laser output power from distance between neighboring pumped regions and their number were determined. Decreasing of laser output power was demonstrated with corresponding distance shortening between pumped regions and increasing their quantity with simultaneous improvement of laser beam quality.

Demonstrated mutual influence of neighboring pumped regions in the longitudinally diode pumped Yb:YAG microchip laser allow as to generate diffraction limited Gaussian beam with 2W of continuous-wave output power that 30 % higher than in case of one pumped zone. 

микрочип-лазеркачество лазерного пучкапродольная диодная накачкаmicrochip laserquality of the laser beamlongitudinally diode pumpingReferencesАндреев, А.Н. Оптические измерения / А.Н. Андреев, Е.В. Гаврилов, Г.Г. Ишанин. – М. : Логос, 2008. – 416 с.Andreev А.N. Opticheskie izmereniya [Optical measurements]. Мoskow, Logos Publ., 2008, 416 p.Gornushkin, I.B. Microchip laser-induced breakdown spectroscopy: apreliminary feasibility investigation / I.B. Gornushkin [et al.] // Appl. Spectrosc. – 2004. – No. 58. – P. 762–769.Gornushkin I.B., Amponsah-Manager K., Smith B.W., Omenetto N., Winefordner J.D. Microchip laser-induced breakdown spectroscopy: apreliminary feasibility investigation. Appl. Spectrosc., 2004, no. 58, pp. 762–769. doi: 10.1366/0003702041389427Hoehse, M. Assessment of suitable diode pumped solid state lasers for laser induced breakdown and Raman spectroscopy / M. Hoehse, I. Gornushkin, S. Merk, U. Panne // J. Anal. At. Spectrom. – 2011. – No. 26. – P. 414–424.Hoehse M., Gornushkin I., Merk S., Panne U. Assessment of suitable diode pumped solid state lasers for laser induced breakdown and Raman spectroscopy. J. Anal. At. Spectrom., 2011, no. 26, pp. 414–424. doi: 10.1039/C0JA00038HMoulton, P. Recent Advances in Solid State Lasers and Nonlinear Optics for Remote Sensing / P. Moulton [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2003. – Vol. 4893. – P. 193– 202.Moulton P., Dergachev A., Isyanova Y., Pati B., Rines G. Recent Advances in Solid State Lasers and Nonlinear Optics for Remote Sensing. Proceedings of SPIE, 2003, vol. 4893, pp. 193–202. doi: 10.1117/12.466664Nejad, S.M. Low-Noise High-Accuracy TOF Laser Range Finder / S.M. Nejad, S. Olyaee // American Journal of Applied Sciences. – 2008. – No. 5 (7). – P. 755–762.Nejad S.M., Olyaee S. Low-Noise High-Accuracy TOF Laser Range Finder. American Journal of Applied Sciences, 2008, no. 5 (7), pp. 755–762. doi: 10.3844/ajassp.2008.755.762Karavanskii, V.A. Linear and nonlinear optical properties of gold-doped porous glass / V.A. Karavanskii, V.I. Krasovskii // Proc. of SPIE. – 2006. – Vol. 6344. – 63442M-1 (6 p.).Karavanskii V.A., Krasovskii V.I. Linear and nonlinear optical properties of gold-doped porous glass. Proc. of SPIE, 2006, vol. 6344, 63442M-1 (6 p.). doi: 10.1117/12.693656Denker, B. Handbook of solid-state lasers. Materials, systems and applications / B. Denker, E. Shklovsky. – Cambridge : Woodhead Publishing, 2013. – 660 p.Denker B., Shklovsky E. Handbook of solid-state lasers. Materials, systems and applications. Cambridge, Woodhead Publishing, 2013, 660 p. 8. Zayhowski J., Jenssen H., Dube G. Thermal guiding in microchip lasers. OSA Proc. Advanced Solid-State Lasers, 1991, no. 6, pp. 9–13.Zayhowski, J. Thermal guiding in microchip lasers / J. Zayhowski, H. Jenssen, G. Dube // OSA Proc. Advanced Solid-State Lasers. – 1991. – No. 6. – P. 9–13.Ivashko А.М., Kisel V.E., Kuleshov N.V. [method for determination of focal plane location of focusing components]. Devices and Methods of Measurements, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 49–54 (in Russian). doi: 10.21122/2220-9506-2017-8-1-49-54Ивашко, А.М. Метод определения положения фокальной плоскости фокусирующих компонентов / А.М. Ивашко, В.Э. Кисель, Н.В. Кулешов // Приборы и методы измерений. – 2017. – Т. 8, № 1. – С. 49–54.Batyshkov V.V., Vasilieva I.V., Ivashko A.M., Kisel V.E., Kuleshov N.V., Kurilchik S.V., Litviakov S.B., Nemenenok A.I., Tareev A.M. Osvetlitel'naya sistema [Illumination system]. Patent BY, no. 19694, 2012.Осветительная система : пат. 19694 Респ. Беларусь, МПК G 02 F 1/01 / В.В. Батюшков [и др.]; заявитель ОАО «Пеленг». – № а20121492 ; заявл. 26.10.2012 ; опубл. 30.06.2014 // Официальный бюл. / Нац. центр интеллект. собственности. – 2014. – 6 с.Осветительная система : пат. 19694 Респ. Беларусь, МПК G 02 F 1/01 / В.В. Батюшков [и др.]; заявитель ОАО «Пеленг». – № а20121492 ; заявл. 26.10.2012 ; опубл. 30.06.2014 // Официальный бюл. / Нац. центр интеллект. собственности. – 2014. – 6 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.