Том 38, номер 05, статья № 8

Аннотация:

Работа посвящена исследованию состава выходного сигнала лазерных активных оптических систем на парах металлов в различных условиях работы. Выполнена экспериментальная оценка влияния временных характеристик лазерных активных оптических систем на выходную мощность излучения. Предложен метод определения вклада усиленного спонтанного изучения (ASE) в выходной сигнал самосопряженной схемы и схемы с независимым источником подсветки. На основании экспериментальных данных установлен оптимальный момент времени поступления входного сигнала в активную среду усилителя для обеспечения максимального значения «сигнал/шум» на выходе. Для схемы с независимым источником подсветки при временной задержке (-4,3; +25,8) нс на осциллограммах наблюдается полное подавление ASE в выходном сигнале. Для самосопряженной схемы достигнуть полного подавления не представляется возможным. Минимальное значение ASE в самосопряженной схеме составило 80 мВт (≈ 2% от мощности выходного сигнала). Результаты работы могут быть полезны при исследовании усилительных характеристик активных оптических систем на парах металлов, а также при визуально-оптической диагностике в схемах лазерного монитора, реализованных на их основе.

Ключевые слова:

лазерная активная оптическая система, лазерный монитор, усиленное спонтанное излучение, однопроходное излучение, усиление сигналов

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Saraev Yu.N., Trigub M.V., Vasnev N.A., Semenchuk V.M., Nepomnyashiy A.S. The imaging of the welding processes with the use of CuBr laser // Proc. SPIE. 2019. V. 11322. P. 109.
2. Li L., Mostovshchikov A.V., Ilyin A.P., Antipov P.A., Shiyanov D.V., Gubarev F.A. In situ nanopowder combustion visualization using laser systems with brightness amplification // Proceedings of the Combustion Institute. 2021. V. 38, N 1. P. 1695–1702.
3. Li L., Mostovshchikov A.V., Ilyin A.P., Smirnov A., Gubarev F.A. Optical system with brightness amplification for monitoring the combustion of aluminum-based nanopowders // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2020. V. 69, N 2. P. 457–468.
4. Губарев Ф.А., Ким С., Ли Л., Мостовщиков А.В., Ильин А.П. Оптическая система с усилением яркости для исследования поверхности нанопорошков металлов во время горения // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 3. С. 96–103.
5. Тригуб М.В., Васнев Н.А., Китлер В.Д., Евтушенко Г.С. Применение бистатического лазерного монитора для высокоскоростной визуализации процессов горения // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 12. С. 962–968.
6. Li L., Ilyin A.P., Gubarev F.A., Mostovshchikov A.V., Klenovskii M.S. Study of self-propagating high-temperature synthesis of aluminium nitride using a laser monitor // Ceramics International. 2018. V. 44, N 16. P. 19800–19808.
7. Osipov V.V., Platonov V.V., Trigub M.V., Tikhonov E.V., Vasnev N.A., Gembukh P.I., Zubarev N.M., Kochurin E.A. Experimental study of melt splashing during yttrium oxide evaporation using ytterbium fiber laser // Intern. J. Heat Mass Trans. 2024. V. 223. P. 125237.
8. Trigub M.V., Vasnev N.A., Gembukh P.I., Osipov V.V., Platonov V.V., Tikhonov E.V. Active optical system for high-speed imaging of oxides laser evaporation // Opt. Laser Technol. 2024. V. 174. P. 110635.
9. Кузнецов А.П., Бужинский Р.О., Губский К.Л., Савелов А.С., Саранцев С.А., Терехин А.Н. Визуализация плазмоиндуцированных процессов проекционной системой с усилителем яркости на основе лазера на парах меди // Физика плазмы. 2010. Т. 36, № 5. С. 463–472.
10. Прокошев В.Г. Микро- наноструктуры и гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности твердых тел, и их диагностика методами лазерной и зондовой микроскопии: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. Новосибирск, 2009. 310 с.
11. Прокошев В.Г., Климовский И.И., Галкин А.Ф. Визуализация процесса лазерной обработки материалов при помощи усилителя яркости на основе лазера на парах меди // Изв. АН. Сер. Физ. 1997. Т. 61, № 8. С. 1560–1564.
12. Абросимов Г.В., Польский М.М., Саенко В.Б. Использование лазерной среды для фотографирования поверхности, закрытой слоем плазмы // Квант. электрон. 1988. Т. 15, № 4. С. 850–854.
13. Морозова Е.А., Прохоров А.М., Савранский В.В., Шафеев Г.А. Скоростная покадровая регистрация изображений биологических объектов с использованием лазерного проекционного микроскопа // Докл. АН СССР. 1981. Т. 261, № 6. С. 1460–1462.
14. Земсков К.И., Казарян М.А., Савранский В.В., Шафеев Г.А. Лазерный проекционный микроскоп в проходящем свете // Квант. электрон. 1979. Т. 6, № 11. С. 2473–2475.
15. Земсков К.И., Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г. Лазерный проекционный микроскоп // Квант. электрон. 1974. Т. 1, № 1. С. 14–15.
16. Асиновский Э.И., Батенин В.М., Климовский И.И., Марковец В.В. Исследования областей замыкания тока на электродах слаботочной дуги атмосферного давления с помощью лазерного монитора // Теплофизика высоких температур. 2006. Т. 36, № 6. С. 569–575.
17. Абрамов Д.В., Аркелян С.М., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. О возможности исследования временной эволюции рельефа поверхностей, подвергающихся воздействию мощных потоков энергии, непосредственно во время воздей-
ствия // Квант. электрон. 2006. Т. 36, № 6. С. 569–575.
18. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Квачева Л.Д., Климовский И.И., Кононов М.А., Михалицын Л.А., Кучерик А.О., Прокошев В.Г., Савранский В.В. Плавление углерода, нагреваемого сконцентрированным лазерным излучением в воздухе при атмосферном давлении и температуре, не превышающей 4000 К // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т. 84, № 5. С. 315–320.
19. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. Лазерная диагностика эволюции поверхности углерода под воздействием мощных лазерных импульсов // Приборы и техника эксперимента. 2006. № 2. С. 137–143.
20. Земсков К.И. Усилители яркости изображения в проекционных оптических системах: дис. ... канд. физ.-мат. наук. М., 1983. 184 с.
21. Васнев Н.А., Тригуб М.В., Евтушенко Г.С. Особенности работы усилителя яркости на парах бромида меди в схеме бистатического лазерного монитора // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 22, № 3. С. 247–253.
22. Исаков Б.К., Калугин М.М., Парфенов Е.Н. Исследование усиления в активных средах на переходах атомов меди и марганца применительно к созданию проекционных систем с усилителями яркости изображения // МТФ. 1983. Т. 33, № 4. С. 704–714.
23. Казарян М.А., Матвеев В.М., Петраш Г.Г. Проекционная система с усилителем яркости и автономным источником освещения // Изв. АН СССР. Сер. Физ. 1982. Т. 46, № 10. С. 1898–1904.
24. Губарев Ф.А., Мостовщиков А.В., Ильин А.П., Ли Л., Буркин Е.Ю., Свиридов В.В. Лазерный монитор с независимой подсветкой для наблюдения процессов высокотемпературного горения нанопорошков металлов // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47, № 8. С. 20.
25. Mohammadpour Lima S., Behrouzinia S., Khorasani K. Amplifying characteristics of small-bore copper bromide lasers // Appl. Phys. B. 2019. V. 125, N 6. P. 101.
26. Земсков К.И., Казарян М.А., Пехошкина Т.И., Трофимов А.Н. Проекционная система с усилителем яркости на парах хлорида меди // Квант. электрон. 1979. Т. 6, № 2. С. 391–394.
27. Петраш Г.Г., Земсков К.И., Казарян М.А. Оптические системы с усилителями яркости // Тр. Физического ин-та им. П.Н. Лебедева. М.: Наука, 1991. Т. 206. 152 с.
28. Беспалов В.И., Пасманник Г.А., Земсков К.И., Казарян М.А. Оптические системы с усилителями яркости. Горький: ИПФ АН СССР, 1988. 173 с.
29. Trigub M.V., Vasnev N.A., Evtushenko G.S. Operating features of a copper bromide brightness amplifier in the monostatic laser monitor // Opt. Commun. 2021. V. 480. P. 126486.
30. Trigub M.V., Kulagin A.E. Semi-empirical model of a copper bromide vapor brightness amplifier // Opt. Commun. 2024. V. 573. P. 130994.
31. Димаки В.А., Суханов В.Б., Троицкий В.О., Филонов А.Г. Стабилизированный лазер на бромиде меди с автоматизированным управлением режимами работы со средней мощностью генерации 20 Вт // Приборы и техника эксперимента. 2012. № 6. С. 95.
32. Лябин Н.А. Создание современных промышленных лазеров и лазерных систем на парах меди для прецизионной микрообработки материалов: автореферат дис. ... д-ра техн. наук. М.: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана, 2014. 40 с.
33. Webb C.E., Jones J.D.C. Handbook of Laser Technology and Applications (3 vol.): Laser Components, Properties, and Basic Principles. Bristol and Philadelphia: IoP Publishing, 2004. 2752 p.
34. Little C.E. Metal Vapor Lasers: Physics, Engineering & Application. Chichester (UK): John Willey & Sons, 1998. 620 p.
35. Gubarev F.A., Burkin E.Yu., Mostovshchikov A.V., Ilyin A.P., Li L. Two-channel system with brightness amplification for monitoring the combustion of aluminum-based nanopowders // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2021. V. 70. P. 1–9.
36. Тригуб М.В., Васнев Н.А., Евтушенко Г.С., Димаки В.А. Система синхронизации импульсно-периодического режима работы активных сред на самоограниченных переходах в парах металлов // Приборы и техника эксперимента. 2019. № 1. C. 30–35.
37. Lima S.M., Behrouzinia S., Salem M.K., Elahei M., Khorasani K., Dorranian D. Synchronization effect on the small-signal gain and saturation intensity of a CuBr laser // Opt. Quantum Electron. 2017. V. 49, N 11. P. 372.