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 CW волоконными лазерами с модуляцией добротности. Усиление этих импульсов до практически интересной пиковой мощности представляет трудную задачу, поскольку требует усиления до 30 Дб и более.
| Figure 1 - Series of pulse trains repeated at 2Hz | Если применение позволяет, импульсы от генератора (seed laser) могут быть «нарублены» на пачки, каждая из которых содержит последовательность оптических импульсов с частотой повторения задающего лазера, как это проилюстрировано на рис.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. A typical pulse train amplifier system is illustrated in Figure 2. This system is designed to amplify a mode-locked, 10ps, 400MHz pulse train that has a macro-pulse duration of 1.2ms. The entire pulse train repeats at 2Hz. The amplified pulse is designed to be injected into a buildup cavity in order to obtain more than 5MW peak power. The laser source delivers about 0.5W power in 1ms and has a peak power of about 125W. This equates to 0.5mJ per pulse.  | Figure 2- Pulse train amplifier architecture showing multipass and cascade operation of PowerPULSE modules. Displayed with permission from Dr. Russell Wilcox, Lawrence Berkeley National Lab. | 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 |
| Figure 3 - REA Cross-Section | 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) 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. | | |
