ВНИИФТРИ применяет редкоземельные металлы в лазерных технологиях

Ученые ВНИИФТРИ производят акустооптические модуляторы (АОМ) на основе кристаллов редкоземельных металлов для лазерных устройств. Одной из последних разработок является акустооптический модулятор для высокой плотности оптической мощности на основе кристалла калий-гадолиниевого вольфрамата (KGW).

Специалисты ВНИИФТРИ первыми предложили использовать кристаллы вольфраматов редкоземельных металлов с высокой лучевой прочностью в производстве акустооптических устройств. Ранее подобные материалы не применялись, что сделало данную разработку уникальной для отрасли.

Сотрудники института выявили оптимальные срезы кристаллов калий-гадолиниевого вольфрамата, калий итриевого вольфрамата, калий-итербиевого вольфрамата, калий-лютециевогоо вольфрамата, которые позволяют создавать акустооптические устройства с принципиально новыми эксплуатационными свойствами. В наиболее эффективной геометрии модуляторы на этих кристаллах превосходят по эффективности типичные АОМ на кварце примерно в 6-10 раз, что радикально уменьшает требуемую управляющую мощность высокочастотного сигнала.

«В результате акустооптической дифракции светового пучка можно модулировать проходящий лазерный луч, что позволяет использовать модуляторы для мощных лазеров с длиной волны от 1 до 3 мкм*. Данный диапазон покрывает реализацию многих технических задач. Экспериментально подтверждено, что созданные АО модуляторы при эксплуатации на длине световой волны 1,064 мкм с импульсами длительностью 10 нс** работают без оптических повреждений при плотности оптической мощности 1 ГВт/см2***», — отметил начальник лаборатории научно-исследовательского отделения акустооптических измерений и лазерной оптоэлектроники Михаил Мазур.

Во ВНИИФТРИ были разработаны, созданы и эксплуатируются АОМы на кристаллах KGW с вводом оптического излучения под углом Брюстера. Такой подход позволяет отказаться от просветляющих покрытий, которые снижают уровень лучевой стойкости устройства.

АОМы на кристаллах вольфраматов редкоземельных металлов не имеют альтернативы при работе с очень мощными лазерными импульсами в спектральном диапазоне 1-3 мкм, когда необходима высокая лучевая прочность и энергоэффективность управления. Управление мощными лазерными пучками является одной из важных задач в современной промышленности. Такие модуляторы обеспечивают высокие показатели производительности оборудования при лазерной резке, сварке, термообработке и маркировке материалов.

Также ВНИИФТРИ разрабатывает и производит различные модуляторы, частотосдвигатели, дефлекторы и фильтры на основе кристаллов парателлурита (TeO₂), кварца (SiO2) и некоторых других материалов. Благодаря универсальному сочетанию свойств такие акустооптические устройства решают множество оптических задач.

Данные АО устройства находят применение в самых разных областях: в лазерах, в спектроскопии и фотонике, в лазерной доплеровской анемометрии, в системах оптической обработки информации, лидарах, лазерной графике и многих других задачах, где нужно динамически управлять лазерным лучом.

Разработанные ВНИИФТРИ типы модуляторов не требуют водяного охлаждения при использовании для модуляции излучения на длинах волн до 1,5 мкм, поскольку управляющие мощности не приводят к перегреву АО-ячейки. Устройства отличаются высокой эргономичностью и простотой эксплуатации.