СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ (заключительный, этап № 4)

В рамках выполнения НИР выполнен значительный объем работ и получен целый ряд новых интересных результатов, которые могут служить заделом для последующих НИОКР и коммерциализации. В частности: 1. Разработан и исследован целый ряд новых перспективных лазерных систем, таких, как дисковые Nd:YVO4 лазеры с резонаторами вырожденного типа различных конфигураций. В том числе, с многоточечной диодной накачкой; сконструирован и исследован ряд ультра-коротко-импульсных волоконных лазеров, работающих в режиме синхронизации мод на различных физических принципах; волоконные генераторы ультракоротких импульсов диапазона 1,5 и 2 мкм с резонатором в форме гантели и насыщающимся поглотителем на основе однослойных углеродных нанотрубок; двухканальный волоконный лазер, работающий в режиме внутрирезонаторного спектрального сложения пучков; целый ряд волоконных лазеров различных спектральных диапазонов на основе композитного фосфатно-силикатного оптоволокна с уникальными характеристиками; различные схемы генераторов суперконтинуума на основе оптических волокон различных видов; целый ряд комбинационно-параметрических лазеров на кристаллах CaCO3, CaMoO4, BaWO4, Pb(MoO4)1−x(WO4)x; проведены углубленные исследования кристаллохимических, спектрально-люминесцентных и лазерных генерационных характеристик кристаллов AIIBVI, активированных ионами Cr2+ и Fe2+, разработаны новые эффективные системы накачки Fe:ZnSe-лазеров на основе Cr3+:Yb3+:Ho3+:YSGG-лазера, а также оптического параметрического осциллятора на кристалле KTP, накачиваемого Nd:ИАГ-лазером; Разработан новый способ оптимизации схемы внутрирезонаторного спектрального сложения лазерных диодов методом создания спектрально селективных зеркал и предложена методика определения спектрального распределения таких зеркал. Показана возможность расширения диапазона генерации полупроводниковых лазеров в дисперсионном резонаторе на ранее не освоенный спектральный диапазон 913 до 918 нм. Разработаны новые планарные газовые лазеры на углекислом, угарном и веселящем газах с СВЧ-накачкой и гибридным волноводно-неустойчивым оптическим конфокальным резонатором отрицательной ветви диаграммы устойчивости с дополнительным оптическим элементом, демонстрирующие передовые генерационные характеристики. 2. Впервые получена лазерная генерация на новых лазерных средах: на кристаллах моноклинного вольфрамата цинка, легированного ионами иттербия и лития (Yb3+,Li+:ZnWO4); на кристаллах твердых растворов ZrO2 – Y2O3 – Ho2O3 в режиме модулированной добротности при резонансной накачке ионов гольмия на уровень 5I7 излучением непрерывного лазера на кристалле LiYF4: Tm; получена перестраиваемая в широком диапазоне (250 нм) генерация на кристалле твердого раствора CaF2-LuF3, активированного ионами тулия при диодной накачке; на халькогенидных стеклах и волноводах, легированных ионами Ce3+ и Tb3+, лазерная генерация в среднем ИК-диапазоне при использовании нетрадиционных электнонных переходов в этих активаторах; получен лазерный эффект на ИСАГ-керамике, активированной ионами Yb3+. 3. Впервые синтезировано и изучено большое количество новых и потенциальных лазерных и нелинейно-оптические сред, а также оптических материалов и структур, включая наноструктуры. В частности, нелинейно-оптические кристаллы KTP, дополнительно легированные ионами Rb, что позволяет решить известную проблему «серых треков» в этом кристалле; монокристаллы кальциевого и стронциевого ванадатов (в том числе, твердые растворы), как номинально-чистых, так и легированных ионами тулия, кобальта и марганца, при этом разработан новый эффективный способ легирования кристаллов CVO ионами марганца и кобальта методом термодиффузии, позволяющий получить высоколегированные кристаллы с оптическим качеством, характерным для номинально-чистого кристалла CVO; кристаллы тройного фторида CaF2-SrF2-BaF2, в том числе, легированные ионами тулия; монокристаллы твердых растворов ZrO2-Yb2O3, ZrO2-Y2O3-Yb2O3 и ZrO2-Sc2O3-Yb2O3, в том числе, активированные еврропием и тербием; монокристаллы Li:Sc:Ce:Lu2SiO5 крупных размеров; монокристаллические волокна иттриевого скандата, легированные ионами тулия и неодима; многокомпонентные активные волокна с сердцевиной из теллуритного стекла, легированного ионами тулия и оболочкой из кварцевого стекла; нанокомпозиты на основе наночастиц ИАГ:Ce3+; низкофононные фторидно-хлоридные стекла в системе ZrF4-BaF2(BaСl2)-LaF3-AlF3-NaF, активированные ионами гольмия, тулия и марганца; тонкие пленки аморфного кремния, модифицированные фемтосекундным лазерным излучением; полупроводниковые композиционные материалы на основе полимерных матриц, в которых распределены наночастицы полупроводников. Проведены углубленные исследования пьезоэлектрических и электрооптических свойств кристаллов SBN, как номинально-чистых, так и легированных, на основе данных кристаллов разработан новый источник рентгеновского излучения. 4. Развит новый дистанционный метод определения показателей преломления расплавов и стекол при высоких температурах, основанный на анализе распределения интенсивности теплового излучения от измеряемого объекта. 5. Разработан и предложен ряд новых применений лазерных систем в различных областях. В частности, разработан и создан лабораторный макет лазерного 3D-лидара на основе импульсного лазерного диода с длиной волны излучения 905 нм; созданы новые лазерные медицинские установки для остановки кровотечений и для лечения различных болезней (патологических субэпитеальных капиллярных структур, петехиально-арахноидальной капиллярной ангиодисплазии кожи и т.д.), основанные на фототермолизе тканей, содержащих гемоглобин. Проведены теоретические и экспериментальные исследования установки по лазерной дезактивации поверхностей, а также лазерного реактивного двигателя и роли присоединенной массы в оценке тяги такого двигателя; разработан новый лазерный импульсный ракетный двигатель с ленточной подачей твердого капсулированного топлива. 6. Проведена значительная работа по компьютерному моделированию и оптимизации различных лазерных систем. В частности, развит новый способ описания широкополосного лазерного импульса; проведены модельные исследования и сделаны теоретические оценки параметров ранее предложенной мономодульной дисковой лазерной системы при диаметре диска много более 15 мм; произведено численное моделирование эффективности дифракционной решетки для схемы внутрирезонаторного спектрального сложения излучения одномодовых лазерных диодов в рабочем диапазоне для TE и TM поляризаций; проведены теоретические исследования модовой структуры излучения лазерного трехзеркального конфокального неустойчивого резонатора с дополнительной обратной связью с помощью полупрозрачного плоского зеркала, а также управляемого лазерного двухзеркального неустойчивого конфокального резонатора с деформируемым зеркалом. Всего за время выполнения НИР (2019-2022 гг.) опубликовано 456 статей в реферируемых журналах, включая 370 статей в журналах WoS (из них 152 статьи в изданиях квартиля Q1 и Q2), 57 статей в журналах Scopus и 39 статьи в журналах РИНЦ, в том числе: в 2019 году - 153 статьи в реферируемых журналах, включая 118 статей в журналах WoS (из них 30 статей в изданиях квартиля Q1 и Q2), 22 статьи в журналах Scopus и 13 статей в журналах РИНЦ; в 2020 году - 119 статей в реферируемых журналах, включая106 статей в журналах WoS (из них 42 статьи в изданиях квартиля Q1 и Q2), 6 статей в журналах Scopus и 7 статьи в журналах РИНЦ; в 2021 году - 95 статей в реферируемых журналах, включая 86 статей в журналах WoS (из них 48 статей в изданиях квартиля Q1 и Q2) и 10 статей в журналах РИНЦ; в 2022 году - 89 стат ей в реферируемых журналах, включая 60 статей в журналах WoS (из них 32 статьи в изданиях квартиля Q1 и Q2), 29 статей в журналах Scopus и 10 статей в журналах РИНЦ; За время выполнения НИР (2019-2022 гг.) представлено 327 докладов на конференциях, опубликовано 3 монографии, выпущено 1 учебное пособие, по результатам работы оформлено 5 патентов, из них 2 изобретения и 2 ноу-хау. В период с 2019 по 2022 годы исполнителями работ защищены 7 кандидатских диссертаций, в том числе 1 по специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния; 2 по специальности 01.04.21 – лазерная физика, 2 по специальности 1.3.19 – лазерная физика, 2 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники. В 2022 году сделано 74 доклада на Российских и международных научных мероприятиях, по результатам работы оформлено 2 ноу-хау. В 2022 году исполнителями по проекту защищены 2 кандидатские диссертации по специальности 1.3.19 – лазерная физика.