Design and Optimal Parameters of a Small-sized Diode-Pumped Nd:YAG Laser Setup

Abstract

Дана стаття присвячена моделюванню, проектуванню та подальшій розробці практичної установки малогабаритного твердотільного лазера з середовищем посилення Nd:YAG та діодною накачкою. Твердотільні лазери існують близько 50 років і зазнали як позитивних, так і негативних аспектів під час своєї еволюції. Тим не менш, вони завжди займали важливе місце в багатьох галузях промисловості, наукових дослідженнях і повсякденній діяльності. На сьогоднішній день, такі пристрої широко використовуються та розвиваються в локації, виробництві, медицині та військовій техніці. Тому розробка та оптимізація їх структури залишається актуальною та важливою проблемою. Виявлено основні параметри компонентів компактного Nd:YAG лазера з діодною накачкою, які можуть бути реалізовані в конструкції далекоміра. Основні результати роботи. Розроблено та промодельовано Nd:YAG лазер з габаритними розмірами 350 x 25 x 25 мм; розміри лазерної активної головки 110 x 25 x 25 мм. Діодна накачка являє собою матрицю з шести діодів потужністю 90 Вт кожен, які працюють в імпульсному режимі тривалістю 250 нс. Резонатор складається з двох дзеркал, з коефіцієнтом відбиття на виході від 0,66 до 0,74. Активний елемент має довжину 72 мм. З такими параметрами лазера перший гігантський імпульс після початку накачування був досягнутий за 59 мкс, вихідна енергія 25 мДж і ефективність лазерної системи 22 %. Додатково генерувалися наступні імпульси випромінювання з інтервалом часу 4 мкс. Отримані в роботі результати дозволяють створити твердотільний лазер з діодною накачкою з енергією випромінювання на виході до 25 мДж і компактними розмірами резонатора близько 80 x 25 x 25 мм.

This paper is dedicated to the modeling, design, and consequent construction of the practical setup of the small-size solid-state laser with Nd:YAG gain medium and the diode pumping. Solid-state lasers have been in existence for around 50 years and have experienced both positive and negative aspects during their evolution. Nevertheless, they have always held an essential position in numerous industries, scientific endeavors, and everyday activities. Nowadays, such devices are widely used and developed in location, manufacturing, medicine, and of course in military. Hence, the development and optimization of their structure remain a pertinent and important issue. The research reveals the basic component parameters for a compact Nd:YAG laser with diode pump, which can be implemented in the construction of range-finder. The main results of the work. Nd:YAG laser with overall dimensions of 350 x 25 x 25 mm was developed and modeled; the dimensions of the laser active head are 110 x25 x 25 mm. Diode pumping is a matrix of six diodes with a power of 90 W each, which operate in a pulse mode with a duration of 250 ns. The resonator consists of two mirrors, with an output reflectance from 0.66 to 0.74. The active element is 72 mm long. With these laser parameters, the first giant pulse after the start of pumping was achieved at 59 µs, an output energy of 25 mJ, and a laser system efficiency of 22 %. Additionally, the following radiation pulses were generated with a time interval of 4 µs. The results obtained in this work make it possible to create a diode-pumped solid-state laser with an output radiation energy of up to 25 mJ and have compact cavity dimensions of about 80 x 25 x 25 mm.