Усиление серии лазерных импульсов с помощью модуля (квантрона) PowerPULSE™ NG CEO

 Здесь представлены избранные технические заметки компании NG CEO в сокращенном варианте на русском языке. Для ознакомления с полными текстами всех технических заметок компании NG CEO, Вы можете посетить  страницу с техническими заметками NG CEO(external link).

Технические заметки #18, Октябрь 2011.

Усиление серии лазерных импульсов с помощью модуля (квантрона) PowerPULSE™ NG CEO.

Высокая пиковая мощность лазерных импульсов необходима в ряде промышленных научных и военных применений. Практические источники серии коротких импульсов генерируют импульсы, длительностью порядка десятков пикосекунд  с частотой повторения в диапазоне МГц, сериями длительностью 1-5 мс и более. В этих условиях для поддержания усиления в пачке требуется высокая средняя мощность.Типовые  усилители (с ламповой накачкой) могут обеспечить высокие значения усиления, но часто ограничены в общей средней мощности.

Northrop Grumman Cutting Edge Optronics (NGCEO) разработала линию лазерных усилителей специально для  квази-CW операций с высокой средней мошностью. PowerPULSE ™ лазерные усилители способны работать при больших мощностях диодной накачки при длительности накачки порядка миллисекунд. Это позволяет получать высокие коэффициенты усиления в течение более длительного времени при низких тепловых нагрузках, чем это доступно в системах с ламповой накачкой. Использование технологии усиления NGCEO позволяет создавать более надежные лазерные системы с меньшим количеством устройств, с меньшим расходом активных элементов, таким образом снизить общие затраты.

ОБЗОР

Есть много применений, которые требуют высокой пиковой мощности лазерных импульсов при высокой частоте повторенния. Типично эти импульсы генерируются лазерами в режиме синхронизации мод, волоконными осцилляторами или волоконными лазерами с модуляцией добротности. Усиление этих импульсов до практически интересной пиковой мощности представляет трудную задачу, поскольку требует усиления до 30 Дб и более.

Рисунок 1

Пачки оптических импульсов, иллюстрируемых на рис.1, повторяются с частотой 1-5 Гц при длительности пачки 1-5 мсек. PowerPULSE модуль идеален для усиления такого типа импульсов, поскольку может работать при высокой средней мощности, обеспечивая высокие значения коэффициента усиления.

Пример усиления пачки импульсов

Типичная усилительная система приведена на рис.2. Эта система предназначена для усиления импульсов лазера с синхронизацией мод, 10 псек, 400 МГц, длительностью пачки 1.2 мсек и частотой повторения макро-импульса 2 Гц. Лазерный источник (seed laser) генерирует около 0.5 Вт мощности за 1 мсек и имеет пиковую мощность порядка 125 Вт. Это эквивалентно 0.5 мДж за импульс.

Рисунок 2. Pulse train amplifier architecture showing multipass and cascade operation of PowerPULSE modules.

На первой ступени RBA20 усилитель предназначен дать двух- проходное усиление порядка 100 (10 на один проход). После первой ступени импульс имеет порядка 50 Вт средней мощности (50 мДж). Больший REA4006 - однопроходный усилительусиливает 4х-кратно до 200 Вт выходной мощности. Полный коэффициент усиления системы 400х с выходом 200 мДж импульсов При максимальном токе накачки модулей 180А система способна выдавать 500 мДж импульсы.

Усилители лазерных импульсов

NGCEO's PowerPULSE лазерные усилители, работающие в квази-непрерывном (QCW) режиме, усиливают импульсы при диодной накачке продолжительностью порядка милисекунд. Это позволяет получать высокие коэффициенты усиления в течение больших времен, чем это возможно при ламповой накачке.

Лазерные усилители являются основным блоком любой лазерной системы. Они построены с использованием Nd:YAG активных элементов в виде стержней и лазерных диодов, обеспечивающих их оптическую накачку. Используется боковая геометрия накачки при водяном охлаждении как стержня так и диодов накачки (рис.3)

Рисунок 3. REA Cross-Section.

Конструктивно PowerPULSE позволяет использовать стержни диаметром от 3 до 15 мм с оптически прокачиваемыми длинами от 30 до 170 мм. Запасаемая активным элементом энергия может превышать 4 Дж, при частотах повторения свыше 1 кГц.