Разработка активных элементов нового поколения на основе отечественных керамик для лазерных систем мультикилловатного класса

Дан подробный анализ спектрально-генерационных характеристик отечественных лазерных керамик иттрий-алюминиевого граната, активированных неодимом и гольмием. Для керамики 1%Nd:YAG дифференциальная эффективность генерации составила свыше 35%, что является одним из лучших результатов для отечественных керамик и примерно соответствует зарубежным аналогам. Впервые продемонстрирована эффективная генерация с дифференциальным КПД ~ 40% на длине волны 2091 нм при внутрирезонаторной накачке керамики 1%Ho:YAG излучением дискового тулиевого лазера. Выполнены оценки геометрических размеров слэба из керамики Nd:YAG, исходя из предельных величин тепловыделения в керамике и ограничений на коэффициент ненасыщенного усиления с целью предотвращения паразитных возбуждений и подавления усиленного спонтанного излучения. Оценка размера "квадратного" слэба для 10-киловаттного излучателя (~ 90 × 90 × 7 мм) хорошо соответствует известным зарубежным аналогам. Впервые получено аналитическое решение скоростных уравнений, описывающих однопроходный коэффициент усиления для лазерной керамики с учетом совокупных удельных потерь на поглощение и рассеяние. Cделан вывод о возможности оценки величины удельных потерь по данным сравнительных измерений коэффициента усиления в ненасыщенном режиме и в условиях насыщения. Проведена комплексная систематизация данных по спектрально-генерационным характеристикам отечественных керамик Nd:YAG и Ho:YAG. Определена характерная величина удельных потерь на поглощение и рассеяние (~ 10⁻² cм⁻¹), условно разграничивающая "плохие" и "хорошие" керамики по отношению к параметрам генерации, что является одним из основных критериев "потребительского" качества керамик. Проведена разработка аналитической модели, учитывающей влияние потерь в керамике на коэффициенты насыщенного/ненасыщенного усиления и предельную величину энергосъема. В приближении скоростных уравнений проведен подробный анализ эффективности однопроходных усилителей на керамике Nd:YAG в зависимости от плотности мощности пучка на входе, удельной мощности накачки и величины потерь.