С.Е. Савотченко1, В.Л. Акапьев2

1 ФГБОУ ВО «Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе» (Москва, Россия)
2 ФГКОУ ВО «Белгородский юридический институт Министерства Российской Федерации им. И.Д. Путилина» (г. Белгород, Россия)
1 savotchenkose@mgri.ru, 2 akapevvl@yandex.ru

Постановка проблемы. В современном мире необходимо постоянно совершенствовать технологии. Это касается и технологий проектирования лазерного измерительного оборудования и его компонент. При этом одним из важных аспектов при проектировании лазерных усилителей является учет как их электронно-оптических, так и массогабаритных характеристик. Учет таких характеристик необходим при использовании проектируемого компонента устройства в метеорологических лидарах для анализа параметров атмосферы, а также для мониторинга экологической обстановки при разработке модели твердотельного лазерного усилителя на основе кристаллов эрбия для метеорологического лидара. Поэтому для совершенствования оборудования данного назначения следует провести оптимизацию параметров лазерной системы, для чего необходимо спроектировать модель планарного волновода, а также произвести подбор оптических элементов и обосновать выбор комплектующих для проектирования лазерного усилителя.

Цель. Разработать модель твердотельного лазерного усилителя на основе кристаллов эрбия для метеорологического лидара.

Результаты. Произведена теоретическая оценка значений технических характеристик элементов, на основе которых выполнен подбор компонентов системы. В качестве активного элемента усилителя выбран пятислойный планарный волновод, для которого была разработана модель и оценены значения его основных параметров, характеризующих длины волн, усиление, мощности. Проведена оценка теплоотдачи данного волновода, на основе которой предложена схема водяного охлаждения активного элемента усилителя. Произведен подбор необходимых оптических элементов лазерного усилителя, таких как диоды, линзы, зеркала, электрооптические затворы. Разработана конструкционная модель, объединяющая в себе планарный волновод с системой охлаждения и оптические компоненты. При разработке учтены габаритные требования компактности конструкции лазерного усилителя.

Практическая значимость. Компактные размеры конструкционной модели позволяют использовать ее для проектирования метеорологического лидара.

Савотченко С.Е., Акапьев В.Л. Разработка модели твердотельного лазерного усилителя для метеорологического лидара // Наукоемкие технологии. 2026. Т. 27. № 1. С. 18−28. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j19998465-202601-02

1. Самуленков Д.А., Сапунов М.В., Мельникова И.Н. Лидарное зондирование аэрозольных загрязнений в атмосфере по маршруту Санкт-Петербург – Воронежская область – Белгородская область // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 223–230. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-223-230.
2. Самуленков Д.А., Мельникова И.Н., Донченко В.К., Сапунов М.В. Исследование загрязнений атмосферы с помощью лидарного мониторинга // Ученые записки. 2017. № 48. С. 266–280.
3. Банах В.А. Лидарные методы и средства исследования атмосферной турбулентности в ИСО РАН // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 9. С. 679–687. DOI: 10.15372/AOO20190901.
4. Борейшо А.С., Ким А. А., Коняев М. А., Лугиня В. С., Морозов А. В., Орлов А. Е. Современные лидарные средства дистанционного зондирования атмосферы // Фотоника. 2019. Т. 13. № 7. С. 648–657. DOI: 10.22184 / 1993-7296.FROS.2019.13.7.648.657.
5. Veselovskii I., Whiteman D.N., Kolgotin A., Andrews E., Korenskii M. Demonstration of aerosol property profiling by multi-wavelength lidar under varying relative humidity conditions. J. of Atmospheric and Oceanic Tech. 2009. V. 26. P. 1543–1557. DOI: 10.1175/2009JTECHA1254.1.
6. Борейшо А.С., Коняев М.А., Ким А.А., Михайленко А.С. Перспективы оптико­радиочастотных систем дистанционного зондирования атмосферы // Фотоника. 2021. Т. 15. № 1. С. 76–84. DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2021.15.1.76.84.
7. Lidar: Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere. Editor Claus Weitkamp. Berlin: SpringerScience & Business, 2006. 456 p.
8. Du K., Li D. InnoSlab lasers and amplifiers: concept and performance. In: International Photonics and Optoelectronics Meetings, OSA Technical Digest (online). Optica Publishing Group, 2012. Id: MF4A.4.  DOI: 10.1364/LTST.2012.MF4A.4
9. Лазерные источники JPT MOPA. Обзор, сравнение, применение. URL: https://moyelement.com/news/lazernye-istochniki-mopa/ (дата обращения 02.11.2024).
10. Kuznetsov I.I., Mukhin I.B., Perevezentsev E.A., Volkov M.R., Vadimova O.L., Palashov O.V. High average and high peak power MOPA laser based on 172 Yb:YAG elements of different geometries. Advanced Solid State Lasers Conference and Exhibition (ASSL), Boston, Massachusetts, USA, 2016.
11. Эрбиевые волоконные усилители (EDFA). URL: https://laser-portal.ru/content_627 (дата обращения 02.11.2024).
12. Délen X., Piehler S., Didierjean J., Aubry N., Voss A., Ahmed M.A., Graf T., Balembois F., Georges P. 250 W single-crystal fiber Yb:YAG laser. Optics Letters. 2012. V. 37. № 14. P. 2898–2900. DOI:10.1364/OL.37.002898.
13. Kim G.-H., Yang J., Lee B., Jeong B., Chizhov S., Sall E., Yashin V., Kang G. High-Power Diode-Pumped Short Pulse Lasers Based on Yb:KGW Crystals for 173 Industrial Applications. High Energy and Short Pulse Lasers, InTech, 2016. DOI: 10.5772/64571.
14. Volkov M.R., Kuznetsov I.I., Mukhin I.B., Palashov O.V., Konyashchenko A.V., Tenyakov S.Y., Liventsov R.A. Thin-rod active elements for amplification of femtosecond pulses. Quantum electron. 2019. V. 49. № 4. P. 350–353. DOI: https://doi.org/10.1070/QEL16964.
15. Ким А.А., Елисеев К.В., Акапьев В.В., Акапьев В.Л., Савотченко С.Е., Горлов А.С. Оптимизация параметров газогенераторной и лидарной систем для измерения потоков воздуха при неразрушающем контроле качества охлаждающих микроканалов на малых расстояниях // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 9. С. 20–24. DOI: 10.21883/PJTF.2020.09.49367.17977.
16. Dzyubenko M.I., Kolenov I.V., Pelipenko V.P., Dakhov N.F., Degtyarev A.V. Laser rangefinder of relatively eye-safe wavelength range. Radiofizika i Elektronika. 2021. V. 26. P. 41–48. DOI: 10.15407/rej2021.01.041.
17. Бондаренко Д.А., Карасик В.Е., Семенков В.П., Магдич Л.Н., Погонышев О.О., Садовский П.И. Малогабаритный эрбиевый лазерный излучатель с диодной накачкой и акустооптической модуляцией добротности // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2017. № 5 (116). C. 14–30.
18. Бышевская-Конопко Л.О., Воробьев И.Л., Изынеев А.А., Садовский П.И. Тепловыделение в эрбиевом активном элементе при ламповой накачке // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 10. С. 14–23.
19. Петров В.В., Петров В.А., Купцов Г.В., Лаптев А.В., Кирпичников А.В., Пестряков Е.В. Моделирование процесса лазерного усиления с учетом зависимости теплофизических и лазерных характеристик среды от распределения температуры в активном элементе Yb // Квантовая электроника. 2020. № 4. C. 315–320 DOI: 10.1070/QEL17308.
20. Барулин Е.П., Кувшинова А.С., Кириллов Д.В., Липин А.Г., Исаев В.Н. Лабораторный практикум по тепловым процессам: Учеб. пособие. Иваново. Иван. гос. хим.-технол. ун-т. 2009. 65 с.