LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM
Предмет і мета роботи. Підвищення ефективності роботи лазерів і потужності їх випромінювання є важливою задачею, до вирішення якої можна підійти кількома альтернативними шляхами. Ця робота спрямована на посилення енергообмінуміж активним середовищем і лазерним випромінюванням шляхом оптимізації розп...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1430 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1430 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
лазерний резонатор активна речовина лазерне випромінювання ефективність laser resonator active medium laser radiation efficiency |
| spellingShingle |
лазерний резонатор активна речовина лазерне випромінювання ефективність laser resonator active medium laser radiation efficiency Dzyubenko, M. I. Kuzmichev, I. K. Maslov, V. A. Radionov, V. P. LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM |
| topic_facet |
лазерний резонатор активна речовина лазерне випромінювання ефективність laser resonator active medium laser radiation efficiency |
| format |
Article |
| author |
Dzyubenko, M. I. Kuzmichev, I. K. Maslov, V. A. Radionov, V. P. |
| author_facet |
Dzyubenko, M. I. Kuzmichev, I. K. Maslov, V. A. Radionov, V. P. |
| author_sort |
Dzyubenko, M. I. |
| title |
LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM |
| title_short |
LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM |
| title_full |
LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM |
| title_fullStr |
LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM |
| title_full_unstemmed |
LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM |
| title_sort |
laser cavity with a gradually expanding radiation beam in the active medium |
| title_alt |
ЛАЗЕРНИЙ РЕЗОНАТОР З ПОСТУПОВИМ ЗБІЛЬШЕННЯМ ПЕРЕРІЗУ ПУЧКА ВИПРОМІНЮВАННЯ В АКТИВНІЙ РЕЧОВИНІ |
| description |
Предмет і мета роботи. Підвищення ефективності роботи лазерів і потужності їх випромінювання є важливою задачею, до вирішення якої можна підійти кількома альтернативними шляхами. Ця робота спрямована на посилення енергообмінуміж активним середовищем і лазерним випромінюванням шляхом оптимізації розподілу інтенсивності випромінювання по всьому активному об’єму в лазерному резонаторі модифікованої конфігурації.Методи і методологія. Розглянуто енергетичну модель процесу посилення випромінювання в лазерному резонаторі. Проаналізовано втрати в резонатора, а також можливості підвищення ефективності передачі енергії від активної речовини до лазерного випромінювання. Обґрунтовано важливість оптимізації інтенсивності лазерного випромінювання в активній речовині та визначено проблеми, які при цьому виникають. Сформульовано задачу поступового збільшення поперечного перерізу пучка випромінювання, яке посилюється в активній речовині, та запропоновано концепцію її вирішення шляхом модифікації оптичної схеми телескопічного резонатора.Результати. Розроблено нову конфігурацію лазерного резонатора, в якому переріз пучка лазерного випромінювання поступово збільшується на обох зустрічних шляхах Проаналізовано нелінійний режим збільшення перерізу пучка в резонаторі та сформульовано рекомендації щодо вибору розмірів резонатора і геометрії дзеркал залежно від величини підсилення в активній речовині. Запропоновано фрагментацію вихідного дзеркала як засіб оптимізації зворотного зв’язку з урахуванням дифракційного розходження випромінювання. Виявлено можливість розміщення додаткових елементів збудження всередині активної речовини. Розроблено рекомендації щодо практичного застосування запропонованої схеми в лазерах різних частотних діапазонів.Висновки. Застосування лазерних резонаторів розглянутої конфігурації відкриває нові можливості для підвищення ефективності лазерів і потужності їх випромінювання.Ключові слова: лазерний резонатор; активна речовина; лазерне випромінювання; ефективністьСтаття надійшла до редакції 30.03.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(4): 329-337БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Prokhorov, A.M., ed., 1978. Handbook of lasers. Moscow: Sov. Radio Publ. Vol. 1 (in Russian).2. Weinstein, L.A., 1966. Open resonators and open waveguides. Moscow: Sov. Radio Publ. (in Russian).3. Valitov, R.A., Dyubko, S.F., Kamyshan, V.V., Kuzmichev, V.M., Makarenko, B.I., Sokolov, A.B., Sheiko, V.P., 1969. Submillimeter wave technology. Moscow: Sov. Radio Publ. (in Russian).4. Ananiev, Yu.A., 1990. Optical resonators and laser beams. Moscow: Science Publ. (in Russian).5. Svelto, O., 2008. Principles of lasers. Translated from English and ed. by T.A. Shmaonov. 4th ed. St. Petersburg—Moscow—Krasnodar: Publishing House Lan ̓ (in Russian).6. Hodgson, N., Weber, H., 2005. Laser Resonators and Beam Propagation: Fundamentals, Advanced Concepts and Applications. New York, Springer.7. Akhmanov, S.A., Zhabotinsky, M.E., Kalyshko, D.N., eds. et al., 1969. Quantum electronics. Small Encyclopedia. Moscow: Sov. Encyclopedia Publ. (in Russian).8. Landsberg, G.S., 1976. Optics. Moscow: Nauka Publ. (in Russian).9. Timchenko, E.V., 2013. Optics of lasers. Samara, Samara State Aerospace University Publ. (in Russian).10. Tomlinson, R.G., Burdick, B., 1970. Composite oscillator amplifier laser. US Pat. US3622907(A).11. Gobbi, P.G., Reali, G., 1985. Stable telescopic resonators, unstable resonators and new cavity designs applied to high energy laser engineering. Proc. SPIE, 492, pp. 68—78. DOI: 10.1117/12.94366012. Lee, Ch.-Sh., Ream, S.L., 1987. Laser resonator. US Pat. US4803694(A).13. Volkov, M., Mukhin, I., Kuznetsov, I., and Palashov, O., 2019. Unstable ring resonator with multipass telescopic scheme for diskshaped active elements. In: Laser Congress 2019 (ASSL, LAC, LS&C) OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2019), paper JTu3A.5. Vienna, Austria, 29 Sept. — 3 Oct. 2019. DOI: 10.1364/ASSL.2019.JTu3A14. Dzyubenko, M.I., Radionov, V.P., 2020. Laser resonator with internal expansion of the radiation beam aperture. Ukraine. Patent for Utility Model UA148040U (in Ukrainian).15. Dzyubenko, M.I., Radionov, V.P., 2023. Laser resonator with internal expansion of the radiation beam aperture. Ukraine. Pat. 127361 (in Ukrainian).16. Degtyarev, A.V., Maslov, V.A., Switch, V.A., Topkov, A.N., 2017. Formation and selection of transverse modes in laser resonators. Kharkiv, Ukraine: V.N. Karazin National University Publ. |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1430 |
| work_keys_str_mv |
AT dzyubenkomi lazernijrezonatorzpostupovimzbílʹšennâmpererízupučkavipromínûvannâvaktivníjrečoviní AT kuzmichevik lazernijrezonatorzpostupovimzbílʹšennâmpererízupučkavipromínûvannâvaktivníjrečoviní AT maslovva lazernijrezonatorzpostupovimzbílʹšennâmpererízupučkavipromínûvannâvaktivníjrečoviní AT radionovvp lazernijrezonatorzpostupovimzbílʹšennâmpererízupučkavipromínûvannâvaktivníjrečoviní AT dzyubenkomi lasercavitywithagraduallyexpandingradiationbeamintheactivemedium AT kuzmichevik lasercavitywithagraduallyexpandingradiationbeamintheactivemedium AT maslovva lasercavitywithagraduallyexpandingradiationbeamintheactivemedium AT radionovvp lasercavitywithagraduallyexpandingradiationbeamintheactivemedium |
| first_indexed |
2024-05-26T06:29:00Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:29:00Z |
| _version_ |
1802895113239658496 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-14302023-12-13T19:23:30Z ЛАЗЕРНИЙ РЕЗОНАТОР З ПОСТУПОВИМ ЗБІЛЬШЕННЯМ ПЕРЕРІЗУ ПУЧКА ВИПРОМІНЮВАННЯ В АКТИВНІЙ РЕЧОВИНІ LASER CAVITY WITH A GRADUALLY EXPANDING RADIATION BEAM IN THE ACTIVE MEDIUM Dzyubenko, M. I. Kuzmichev, I. K. Maslov, V. A. Radionov, V. P. лазерний резонатор; активна речовина; лазерне випромінювання; ефективність laser resonator; active medium; laser radiation; efficiency Предмет і мета роботи. Підвищення ефективності роботи лазерів і потужності їх випромінювання є важливою задачею, до вирішення якої можна підійти кількома альтернативними шляхами. Ця робота спрямована на посилення енергообмінуміж активним середовищем і лазерним випромінюванням шляхом оптимізації розподілу інтенсивності випромінювання по всьому активному об’єму в лазерному резонаторі модифікованої конфігурації.Методи і методологія. Розглянуто енергетичну модель процесу посилення випромінювання в лазерному резонаторі. Проаналізовано втрати в резонатора, а також можливості підвищення ефективності передачі енергії від активної речовини до лазерного випромінювання. Обґрунтовано важливість оптимізації інтенсивності лазерного випромінювання в активній речовині та визначено проблеми, які при цьому виникають. Сформульовано задачу поступового збільшення поперечного перерізу пучка випромінювання, яке посилюється в активній речовині, та запропоновано концепцію її вирішення шляхом модифікації оптичної схеми телескопічного резонатора.Результати. Розроблено нову конфігурацію лазерного резонатора, в якому переріз пучка лазерного випромінювання поступово збільшується на обох зустрічних шляхах Проаналізовано нелінійний режим збільшення перерізу пучка в резонаторі та сформульовано рекомендації щодо вибору розмірів резонатора і геометрії дзеркал залежно від величини підсилення в активній речовині. Запропоновано фрагментацію вихідного дзеркала як засіб оптимізації зворотного зв’язку з урахуванням дифракційного розходження випромінювання. Виявлено можливість розміщення додаткових елементів збудження всередині активної речовини. Розроблено рекомендації щодо практичного застосування запропонованої схеми в лазерах різних частотних діапазонів.Висновки. Застосування лазерних резонаторів розглянутої конфігурації відкриває нові можливості для підвищення ефективності лазерів і потужності їх випромінювання.Ключові слова: лазерний резонатор; активна речовина; лазерне випромінювання; ефективністьСтаття надійшла до редакції 30.03.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(4): 329-337БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Prokhorov, A.M., ed., 1978. Handbook of lasers. Moscow: Sov. Radio Publ. Vol. 1 (in Russian).2. Weinstein, L.A., 1966. Open resonators and open waveguides. Moscow: Sov. Radio Publ. (in Russian).3. Valitov, R.A., Dyubko, S.F., Kamyshan, V.V., Kuzmichev, V.M., Makarenko, B.I., Sokolov, A.B., Sheiko, V.P., 1969. Submillimeter wave technology. Moscow: Sov. Radio Publ. (in Russian).4. Ananiev, Yu.A., 1990. Optical resonators and laser beams. Moscow: Science Publ. (in Russian).5. Svelto, O., 2008. Principles of lasers. Translated from English and ed. by T.A. Shmaonov. 4th ed. St. Petersburg—Moscow—Krasnodar: Publishing House Lan ̓ (in Russian).6. Hodgson, N., Weber, H., 2005. Laser Resonators and Beam Propagation: Fundamentals, Advanced Concepts and Applications. New York, Springer.7. Akhmanov, S.A., Zhabotinsky, M.E., Kalyshko, D.N., eds. et al., 1969. Quantum electronics. Small Encyclopedia. Moscow: Sov. Encyclopedia Publ. (in Russian).8. Landsberg, G.S., 1976. Optics. Moscow: Nauka Publ. (in Russian).9. Timchenko, E.V., 2013. Optics of lasers. Samara, Samara State Aerospace University Publ. (in Russian).10. Tomlinson, R.G., Burdick, B., 1970. Composite oscillator amplifier laser. US Pat. US3622907(A).11. Gobbi, P.G., Reali, G., 1985. Stable telescopic resonators, unstable resonators and new cavity designs applied to high energy laser engineering. Proc. SPIE, 492, pp. 68—78. DOI: 10.1117/12.94366012. Lee, Ch.-Sh., Ream, S.L., 1987. Laser resonator. US Pat. US4803694(A).13. Volkov, M., Mukhin, I., Kuznetsov, I., and Palashov, O., 2019. Unstable ring resonator with multipass telescopic scheme for diskshaped active elements. In: Laser Congress 2019 (ASSL, LAC, LS&C) OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2019), paper JTu3A.5. Vienna, Austria, 29 Sept. — 3 Oct. 2019. DOI: 10.1364/ASSL.2019.JTu3A14. Dzyubenko, M.I., Radionov, V.P., 2020. Laser resonator with internal expansion of the radiation beam aperture. Ukraine. Patent for Utility Model UA148040U (in Ukrainian).15. Dzyubenko, M.I., Radionov, V.P., 2023. Laser resonator with internal expansion of the radiation beam aperture. Ukraine. Pat. 127361 (in Ukrainian).16. Degtyarev, A.V., Maslov, V.A., Switch, V.A., Topkov, A.N., 2017. Formation and selection of transverse modes in laser resonators. Kharkiv, Ukraine: V.N. Karazin National University Publ. Subject and Purpose. Increasing the operational efficiency of laser generators and the amount of their radiated power is an important task in laser development, which can be approached to in a number of alternative ways. The present work has been aimed at increasing the efficiency of energy exchange between the active medium and the laser radiation by way of optimizing the radiated intensity distribution over the entire active volume within the resonant cavity of a novel structure.Methods and Methodology. A model for the process of radiated power amplification in the laser cavity has been considered. Losses within the cavity have been analyzed, as well as possibilities for improving the efficiency of energy transfer from the gain medium to the laser radiation. The importance of optimizing the density of laser radiation in the gain medium is substantiated, and the main problems that might arise clearly identified. The task of increasing the cross-section of the radiation beam being amplified in the active medium has been formulated, and a concept suggested for solving the problem through modification of the telescopic resonator’s optical scheme.Results. A novel configuration has been suggested for the laser resonator, where the radiated beam is expanded in width over two stages of counter propagation. Nonlinear regimes of increasing the beam cross-section in the resonator have been analyzed and recommendations formulated for selecting dimensions of the resonator and geometry of the mirrors, depending on the amount of amplification in the active material. Fragmentation of the output mirror is proposed as a means for feedback optimization, with account of diffraction-caused divergence of the radiation. As has been found, field-exciting elements can be placed inside the active medium. Recommendations are developed as for practical application of the scheme proposed in lasers of a variety of frequency ranges.Conclusions. Application of laser resonators of the design considered opens up new possibilities for increasing the efficiency of lasers and their radiated power.Keywords: laser resonator; active medium; laser radiation; efficiencyManuscript submitted 30.03.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(4): 329-337REFERENCES1. Prokhorov, A.M., ed., 1978. Handbook of lasers. Moscow: Sov. Radio Publ. Vol. 1 (in Russian).2. Weinstein, L.A., 1966. Open resonators and open waveguides. Moscow: Sov. Radio Publ. (in Russian).3. Valitov, R.A., Dyubko, S.F., Kamyshan, V.V., Kuzmichev, V.M., Makarenko, B.I., Sokolov, A.B., Sheiko, V.P., 1969. Submillimeter wave technology. Moscow: Sov. Radio Publ. (in Russian).4. Ananiev, Yu.A., 1990. Optical resonators and laser beams. Moscow: Science Publ. (in Russian).5. Svelto, O., 2008. Principles of lasers. Translated from English and ed. by T.A. Shmaonov. 4th ed. St. Petersburg—Moscow—Krasnodar: Publishing House Lan ̓ (in Russian).6. Hodgson, N., Weber, H., 2005. Laser Resonators and Beam Propagation: Fundamentals, Advanced Concepts and Applications. New York, Springer. DOI: https://doi.org/10.1007/b1067897. Akhmanov, S.A., Zhabotinsky, M.E., Kalyshko, D.N., eds. et al., 1969. Quantum electronics. Small Encyclopedia. Moscow: Sov. Encyclopedia Publ. (in Russian).8. Landsberg, G.S., 1976. Optics. Moscow: Nauka Publ. (in Russian).9. Timchenko, E.V., 2013. Optics of lasers. Samara, Samara State Aerospace University Publ. (in Russian).10. Tomlinson, R.G., Burdick, B., 1970. Composite oscillator amplifier laser. US Pat. US3622907(A).11. Gobbi, P.G., Reali, G., 1985. Stable telescopic resonators, unstable resonators and new cavity designs applied to high energy laser engineering. Proc. SPIE, 492, pp. 68—78. DOI: https://doi.org/10.1117/12.94366012. Lee, Ch.-Sh., Ream, S.L., 1987. Laser resonator. US Pat. US4803694(A).13. Volkov, M., Mukhin, I., Kuznetsov, I., and Palashov, O., 2019. Unstable ring resonator with multipass telescopic scheme for diskshaped active elements. In: Laser Congress 2019 (ASSL, LAC, LS&C) OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2019), paper JTu3A.5. Vienna, Austria, 29 Sept. — 3 Oct. 2019. DOI: https://doi.org/10.1364/ASSL.2019.JTu3A.514. Dzyubenko, M.I., Radionov, V.P., 2020. Laser resonator with internal expansion of the radiation beam aperture. Ukraine. Patent for Utility Model UA148040U (in Ukrainian).15. Dzyubenko, M.I., Radionov, V.P., 2023. Laser resonator with internal expansion of the radiation beam aperture. Ukraine. Pat. 127361 (in Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.1109/UkrMW58013.2022.1003711316. Degtyarev, A.V., Maslov, V.A., Switch, V.A., Topkov, A.N., 2017. Formation and selection of transverse modes in laser resonators. Kharkiv, Ukraine: V.N. Karazin National University Publ. Видавничий дім «Академперіодика» 2023-12-08 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1430 10.15407/rpra28.04.329 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 28, No 4 (2023); 329 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 28, No 4 (2023); 329 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 28, No 4 (2023); 329 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra28.04 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1430/pdf Copyright (c) 2023 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |