vestnik Журнал "Вестник Сибирского государственного университета геосистем и технологий (СГУГиТ)" 2411-1759 ФГБОУ ВО "Сибирский государственный университет геосистем и технологий (СГУГиТ)" RU https://vestnik.sgugit.ru 10.33764/2411-1759-2019-24-2-220-228 Оптико-электронные приборы и комплексы Исследование особенностей тепловой линзы в активном элементе лазерного усилителя при мощной диодной накачке Г. В. Купцов Купцов Г. В. А. В. Лаптев Лаптев А. В. В. А. Петров Петров В. А. В. В. Петров Петров В. В. Е. В. Пестряков Пестряков Е. В. Институт лазерной физики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск 2019 24 2 220 228 © Г. В. Купцов, А. В. Лаптев, В. А. Петров, В. В. Петров, Е. В. Пестряков, 2019 2019 Г. В. Купцов, А. В. Лаптев, В. А. Петров, В. В. Петров, Е. В. Пестряков Эта статья дотупна по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. В Институте лазерной физики СО РАН разрабатывается фемтосекундная лазерная система с частотой повторения импульсов до 1 кГц. Ключевым компонентом системы является канал лазерного усиления, основанный на кристаллах, активированных ионами Yb³⁺. Расчетная средняя мощность на выходе канала составляет 300 Вт. При создании систем с одновременно высокой средней и пиковой мощностью тепловые эффекты в мощных лазерных усилителях являются определяющими для параметров излучения на выходе системы. Целью данной работы является исследование зависимости величины фокусного расстояния наведенной тепловой линзы в активном элементе лазерного усилителя канала лазерного усиления от мощности диодной накачки при помощи геометрического метода. Приведены результаты экспериментов по измерению зависимости величины тепловой линзы в активном элементе Yb:YAG геометрическим методом от мощности диодной накачки в многопроходном усилителе. Определены теоретическая и экспериментальная зависимости фокусного расстояния тепловой линзы в кристалле Yb:YAG от мощности диодной накачки в диапазоне 10–120 Вт. При этом фокусное расстояние термически наведенной линзы по вертикальной оси изменялось от 5,67 до 0,44 м, по горизонтальной оси – от 3,06 до 0,4 м. Экспериментально полученные данные находятся в согласии с теоретическим расчетом фокусного расстояния тепловой линзы. Результаты данной работы будут использованы при оптимизации энергетических, пространственных и фазовых характеристик излучения лазерного усилителя фемтосекундной лазерной системы с частотой повторения импульсов до 1 кГц. мощный лазер лазерный усилитель тепловая линза диодная накачка торцевая накачка гауссовы пучки примесные ионы ионы иттербия high power laser laser amplifier thermal lens diode pump end pumping Gaussian beams ytterbium ions dopant ions 1. Brown D. C., Tornegard S., Kolis J. Cryogenic nanosecond and picosecond high average and peak power (HAPP) pump lasers for ultrafast applications // High Power Laser Science and Engineering. – 2016. – Vol. 4(e15). – P. 1–31. https://doi.org/10.1017/hpl.2016.12. 2. Brocklesby W. S. Progress in high average power ultrafast lasers // Eur. Phys. J. Special Topics. – 2015. – Vol. 224. – P. 2529–2543. 3. Lu C.-H. [et al.] Sub-4 fs laser pulses at high average power and high repetition rate from an all-solid-state setup // Optics Express. – 2018. – Vol. 26. – P. 8941–8956. 4. Performance scaling of high-power picoseconds cryogenically cooled rod-type Yb:YAG multipass amplification / X. Fu, K. Hong, Li. Chen, F. Kartner // J. Opt. Soc. Am. B – 2013. – Vol. 30 (11). – P. 2798–2809. doi: 10.1364/JOSAB.30.002798. 5. Li F. [et al.] Hybrid high energy femtosecond laser system based on Yb:YAG single crystal fiber amplifier // Elsevier Optik. – 2017. – Vol. 156. – P. 155–160. 6. Chang Li. [et al.] High-energy, kHz, picosecond hybrid Yb-doped chirped-pulse amplifier // Optics Express. – 2015. – Vol. 23 (8). – P. 10132–10144. 7. High power lasers and their new applications / Y. Izawar, N. Miyanaga, J. Kawanaka, K. Yamakawa // Journal of the Optical Society of Korea. – 2008. – Vol. 12 (3). – P. 178–185. 8. Compact extreme ultraviolet source at megahertz pulse repetition rate with a low-noise ultrafast thin-disk laser oscillator / F. Emaury, A. Diebold, C. J. Saraceno, U. Keller // Optica. – 2015. – Vol. 2 (11). – P. 980–984. https://doi.org/10.1364/OPTICA.2.000980. 9. Chvykov V. [et al.] High peak and average power Ti:sapphire thin disk amplifier with extraction during pumping // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41 (13). – P. 3017–3020. 10. Wu Y. [et al.] Generation of high-flux attosecond extreme ultraviolet continuum with a 10 TW laser // Appl. Phys. Lett. – 2013. – Vol. 102. – P. 201104. 11. The Multidisk Diode-Pumped High Power Yb:YAG Laser Amplifier of High-Intensity Laser System with 1 kHz Repetition Rate / G. V. Kuptsov, V. V. Petrov, V. A. Petrov, A. V. Laptev, A. V. Kirpichnikov, E. V. Pestryakov // IOP Conf. Series: JPCS. – 2018. – Vol. 999. – P. 012008 12. Optimisation of a multi-disk cryogenic amplifier for a high-intensity, high-repetition-rate laser system / V. V. Petrov, G. V. Kuptsov, V. A. Petrov, A. V. Laptev, A. V. Kirpichnikov, E. V. Pestryakov // Quantum Electronics. – 2018. – Vol. 48. – P. 358. 13. Contactless method for studying temperature within the active element of a multidisk cryogenic amplifier / V. V. Petrov, G. V. Kuptsov, A. I. Nozdrina, V. A. Petrov, A. V. Laptev, A. V. Kirpichnikov, E. V. Pestryakov // Quantum Electronics. – 2019. – Vol. 49. – P. 358. 14. Исследование термооптических искажений в активных элементах криогенного мультидискового усилителя с мощной диодной накачкой / В. В. Петров, Г. В. Купцов, А. В. Лаптев, В. А. Петров, Е. В. Пестряков // Интерэкспо ГЕО-Сибирь. XIV Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2018» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 23–27 апреля 2018 г.). – Новосибирск : СГУГиТ, 2018. Т. 1. – С. 199–208. 15. Thermal lensing in diode – pumped ytterbium lasers – part II: evaluation of quantum efficiencies and thermo – optic coefficients / S. Chenais, F. Balembois, F. Druon, G. Lucas, P. George // IEEE Journal of Quantum electronics. – 2004. – Vol. 40 (9). – P. 1235–1243. 16. Measurement of thermal lensing effects in high power thin disk laser / M. Shayganmanesh, M. Daemi, Z. Osgoui, S. Radmard, S. Kazemi // Optics & Laser Technology. – 2012. – Vol. 44 (7). – P. 2292–2296. 17. Thermal lensing in an end-pumped Yb:KGW slab laser with high power single emitter diodes / F. Hoos, S. Li, T. Meyrath, B. Braun, H. Giessen // Optics Express. – 2008. – Vol. 16 (9). – P. 6041–6049. 18. Kogelnik H., Li T. Laser beams and resonators // Applied Optics, – 1966. – Vol. 5 (10). – P. 1550–1567. 19. Johnston T. Beam propagation (M2) measurement made as easy as it gets: the four – cuts method // Applied Optics. – 1998 – Vol. 37 (21). – P. 4840–4850. 20. Thermal lensing in diode – pumped ytterbium lasers – part I: theoretical analysis and wavefront measurements / S. Chenais, F. Balembois, F. Druon, G. Lucas, P. George // IEEE Journal of Quantum electronics. – 2004. – Vol. 40 (9). – P. 1217–1234. doi: 10.1109/JQE.2004.833198.