Гелий-ксеноновый газоразрядный волоконный лазер Текст научной статьи по специальности «Физика»

ш А 5ЕЕЕЕ* 22-24 0КтабРЯ 2024 г-

Гелий-ксеноновый газоразрядный волоконный лазер

Комиссаров Д.Г., Вельмискин В.В.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, Москва

Е-mail: komdg@fo. gpi.ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-29-31

Недавние работы, посвящённые газоразрядному волоконному лазеру (ГРВЛ) [1] на основе кварцевого волокна с полой седцевиной, открывают возможности для разработки компактных волоконных лазеров, генерирующих в УФ -, ИК- и среднем ИК-диапазонах.

И хотя ранее уже были продемонстрированы газовые волоконные лазеры с оптической накачкой, разработка лазеров на основе полых световодов с накачкой газовым разрядом была недостижимой целью длительное время. На пути к этой цели были испробованы различные схемы накачки, позволяющие осуществлять поджиг и поддерживать стабильное горение разряда внутри полой сердцевины диаметром ~ 100 мкм. Среди этих схем использовали накачку постоянным током [2, 3], а также ВЧ-накачку [4] и СВЧ-накачку [5]. Несмотря на то, что с накачкой 40-кВ разрядом постоянного тока удалось продемонстрировать усиление [2, 3], только недавно [1] была получена генерация с использованием СВЧ-разряда в конфигурации с щелевой антенной [5].

В настоящей работе мы изучаем влияние на работу газоразрядного волоконного лазера, генерирующего на длине волны 2,03 мкм атома ксенона, таких параметров He-Xe смеси, как давление и молярная доля гелия и ксенона.

Накачку ГРВЛ осуществляли СВЧ-излучением с частотой 2,45 ГГц, передаваемым в 32-сантиметровую активную зону полого волокна общей длиной 1,2 м с использованием конфигурации с щелевой антенной [1, 5]. Длительность микроволновых импульсов составляла 20-80 мкс, а частота повторения была 400 Гц. Средняя мощность микроволнового излучения была около 20 Вт.

Выходная мощность ГРВЛ, как было обнаружено, сильно зависела от молярной доли Xe. Изменяя молярную долю Xe в пределах 0,15-10 % при фиксированном общем давлении 120 Торр, удалось добиться максимальной имульсной выходной мощности

ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

, «ПРОХОРОВСКИЕНЕДЕЛИ-

ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

2 мВт при содержании Хе 1 %. При более низком содержании Хе мощность генерации падает из-за того, что смесь содержит мало активных атомов Хе. Когда концентрация ксенона превышает 1 %, тоже наблюдается снижение мощности генерации. Вероятными причинами такого снижения могут быть повышенная частота тушащих верхний лазерный уровень столкновений атомов Хе с другими частицами или изменение содержания гелия, который влияет на энергию электронов в разряде.

При сохранении оптимального значения молярной доли ксенона (1 %) измеряли зависимость выходной мощности от общего давления в диапазоне 50-300 Торр. Выходная оставалась практически неизменной для давлений 120-170 Торр, достигая наибольшего значения (2 мВт) при давлении ~120 Торр.

Была изучена зависимость формы импульса генерации от общего давления смеси. Как видно на рис. 1, выходная мощность ГРВЛ остаётся постоянной в импульсе, если давление газовой смеси ниже ~150 Торр. Однако, наблюдалось затухание оптической мощности при более высоких давлениях, приводящее к полному прекращению лазерной генерации при давлениях ~300 Торр. Более детальное обсуждение этого явления будет представлено на конференции.

Рис. 1. Временные профили выходных лазерных импульсов при разных давлениях смеси Не-Хе (100:1)

M A äEE* 22-24 0КтабРЯ 2024 Г-

Авторы выражают благодарность научному руководителю, к.ф.-м.н. Гладышеву А.В., и д.ф.-м.н. Буфетову И.А. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов. Отдельная благодарность к.ф.-м.н. Косолапову А.Ф. за изготовление световода, а также к.ф.-м.н. Минееву А.П. и Нефёдову С.М. за возможность пользоваться оборудованием и за дельные советы.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 22-19-00542, https://rscf.ru/project/22-19-00542/.

1. Gladyshev A.V., Komissarov D.G., Nefedov S.M. et al., Bull. Lebedev Phys. Inst. 2023, 50, 403-408.

2. Bateman S.A., Belardi W., F. Yu, et al., CLEO, San Jose, CA, USA. 2014, Art. no. STh5C.10.

3. Love A.L., Bateman S.A., Belardi W., et al., CLEO, San Jose, CA, USA. 2015, Art. no. SF2F.4.

4. Heidt A.M., Bradley T., Wheeler N., et al., Advanced Photonics, Zurih, Switzerland. 2018, Art. no. SoTh2H.2.

5. Gladyshev A., Nefedov S., Kolyadin A., et al., Photonics. 2022, 9(10), Art. no. 752.