Лаборатория диагностики новых оптических материалов для перспективных лазеров

Научные результаты:

• Создана научно-технологическая база, которая дает возможность реализовать полный комплекс работ по внедрению новых лазерных сред в производство оптических узлов и компонентов с уникальными характеристиками для создания лазеров с одновременно высокой средней по времени и пиковой мощностью. Она также позволяет прогнозировать оптические и лазерные свойства новых сред и готовить рекомендации для производителей по химическому составу новых образцов при необходимости изменить те или иные лазерные характеристики.
• Налажены тесные связи с ведущими российскими и зарубежными производителями всех типов лазерных материалов: стекол, монокристаллов и керамик для тестирования разработок. Для диагностики получаемых образцов разработаны методы измерения фотоупругих, термооптических, нелинейно-оптических, лазерных, магнитооптических и спектральных характеристик в диапазоне температур 80–300 К.
• Предложен и экспериментально проверен новый метод термодиффузионной сварки кристаллов гранатов.
• Предложены и экспериментально проверены новые методы определения тепловой проводимости контактов и теплопроводности твердых тел с использованием технологии фазосдвиговой интерферометрии.
• Разработан и создан целый ряд уникальных изоляторов Фарадея (ИФ), в том числе криогенные, на базе ТГГ керамики, монокристаллов CeF3 и ТСАГ, а также на базе ТАГ, Ce:TAG и Si,Ti:TAG керамики (совместно с ведущими зарубежными производителями магнитооптических сред).
• Созданы лазеры на базе разработанных в Лаборатории квантронов с активными элементами (АЭ) перспективных геометрий «тонкий стержень» и «тонкий диск», на базе которых реализована долгосрочная стабильная работа уникального лазера с энергией импульсов наносекундной длительности 1 мДж и частотой следования 11,5 кГц. Также на базе дискового квантрона было получено увеличение мощности с 5 Вт до 50 Вт за 32 отражения от активного элемента.
• Разработан лазер на Nd:YAG для накачки мощных титан-сапфировых усилителей чирпированных импульсов с энергией 220 Дж в импульсе длительностью 30 нс при высоком качестве пучка, работающий с частотой повторения импульсов 0,02 Гц.
• Создан вращатель Фарадея на базе монокристалла ТГГ рекордной апертуры 40 мм для излучения киловаттного уровня мощности (совместно с НИИ материаловедения).
• Разработана технология изготовления перспективной магнитооптической керамики Tb₂O₃ и проведены измерения постоянной Верде в диапазоне длин волн 380–1750 нм и температур 80–300 К. Разработаны различные технологии изготовления широкополосных лазерных керамических сред с высокой теплопроводностью (например, MgAl₂O₄) (совместно с Институтом химии высокочистых веществ имени Г. Г. Девятых РАН).
• Ведутся работы по оптимизации параметров роста новых магнитооптических монокристаллов для ИФ на высокую среднюю мощность (совместно с Институтом кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН).

• Создана научно-технологическая база, которая дает возможность реализовать полный комплекс работ по исследованию и внедрению новых лазерных сред в производство оптических узлов и компонентов с уникальными характеристиками для создания лазеров с одновременно высокой средней по времени и пиковой мощностью. Она также позволяет прогнозировать оптические и лазерные свойства новых сред и готовить рекомендации для производителей по химическому составу новых образцов при необходимости изменить те или иные лазерные характеристики.

• Налажены тесные связи с ведущими российскими и зарубежными производителями всех типов лазерных материалов: стекол, монокристаллов и керамик для тестирования разработок. Для диагностики получаемых образцов разработаны методы измерения фотоупругих, термооптических, нелинейно-оптических, лазерных, магнитооптических и спектральных характеристик в диапазоне температур 80–300 К.

Внедрение результатов исследования:

Cозданы измерительные и технологические стенды, которые внедрены в работу ИПФ РАН и используются в научно-образовательном процессе для диагностики широкого спектра характеристик оптических сред в исследовательских целях.

Разработаны эскизно-конструкторские документации и технологические инструкции на технологический процесс изготовления экспериментальных образцов, по которым были изготовлены экспериментальные образцы усилителя на основе активного элемента геометрии тонкого слэба, высокомощного гибридного лазера с дисковым оконечным усилителем, высокомощного гибридного лазера с тонкостержневым оконечным усилителем, многопроходной схемы усиления сигнала в дисковом активном элементе, квантрона на композитном дисковом активном элементе, квантрона на слэбовом активном элементе, компактного высокомощного изолятора Фарадея, усилителя на основе активного элемента геометрии тонкого стержня из Yb:YAG с увеличенным выходным диаметром активного элемента, многопроходного усилителя на основе дискового активного элемента. Cозданы измерительные и технологические стенды, которые внедрены в работу ИПФ РАН и используются в научно-образовательном процессе для диагностики широкого спектра характеристик оптических сред в исследовательских целях.

Образование и подготовка кадров:

• Подготовлено 10 новых образовательных курсов, созданных и внедренных в образовательный процесс членами научного коллектива по направлению научного исследования.

• Защиты: 3 докторские диссертации, 13 кандидатских диссертаций.

• Проведена профессиональная переподготовка кадров: 15 человек (студенты радиофизического факультета ННГУ имени Н. И. Лобачесвкого).  

Сотрудничество:

• Европейская гравитационная обсерватория («EGO»), Италия («Меморандум о взаимопонимании для совместного научного сотрудничества по разработке вакуумно-совместимых изоляторов Фарадея с высокой мощностью для следующего поколения детектора гравитационных волн на основе лазерного интерферометра» между Европейской гравитационной обсерваторией («EGO») и ИПФ РАН: разработка изоляторов Фарадея (ИФ), включая оптимизацию магнитных систем, которые могут использоваться в детекторах гравитационных волн.

• Шанхайский институт точной механики Китайской академии наук (SIOM), Китай (Соглашение с Шанхайским институтом точной механики Китайской академии наук (SIOM) о проведении научно-исследовательских работ по теме «Исследование оптимизации микро-структуры TAG керамики и преимуществ ее использования для модуляции мощных лазеров»): комплексное изучение магнитооптических и термооптических характеристик созданных в SIOM образцов перспективной магнитооптической керамики тербий-алюминиевого граната (ТАГ) с легированием различными добавками (Zr, Si, Ti и др.) Были определены оптимальный химический состав, керамики. Определены перспективы её использования в мощных изоляторах Фарадея.

• Университет прикладных наук и искусств Северо-Западной Швейцарии, г. Виндиш, Швейцария (Сотрудничество по исследовательским обменам между Федеральным исследовательским центром Институт прикладной физики Российской академии наук, Нижний Новгород, РФ и Университетом прикладных наук и искусств Северо-Западной Швейцарии, г. Виндиш, Швейцария.): экспериментально и теоретически исследован коэффициент усиления в кристалле титан-сапфира с накачкой несколькими одиночными диодами с длиной волны 450 нм; показана перспективность схемы для создания широкополосного регенеративного усилителя.

• Лазерный интерферометр, гравитационно-волновая обсерватория, СШA (Меморандум о взаимопонимании (MOU), соглашение LIGO-M1800165, описывающее деятельность, которую должен выполнить Институт прикладной физики Российской академии наук (Нижний Новгород) в сотрудничестве с лабораторией LIGO): исследования новых магнитооптических сред в диапазоне 1-2 мкм которые могут использоваться в детекторах гравитационных волн.

• Корейский научно-исследовательский электротехнический институт (KERI), Соглашение о проведении и передаче научно-исследовательских работ: исследование возможности создания двухкаскадной усилительной системы для фемтосекундного лазера.