Лаборатория диагностики новых оптических материалов для перспективных лазеров

Научные результаты:

• Создана научно-технологическая база, которая дает возможность реализовать полный комплекс работ по внедрению новых лазерных сред в производство оптических узлов и компонентов с уникальными характеристиками для создания лазеров с одновременно высокой средней по времени и пиковой мощностью. Она также позволяет прогнозировать оптические и лазерные свойства новых сред и готовить для производителей рекомендации по химическому составу новых образцов при необходимости изменить те или иные лазерные характеристики.
• Налажены тесные связи с ведущими российскими и зарубежными производителями всех типов лазерных материалов: стекол, монокристаллов и керамик для тестирования разработок. Для диагностики получаемых образцов разработаны методы измерения фотоупругих, термооптических, нелинейно-оптических, лазерных, магнитооптических и спектральных характеристик в диапазоне температур 80–300 К.
• Предложен и экспериментально проверен новый метод термодиффузионной сварки кристаллов гранатов.
• Предложены и экспериментально проверены новые методы определения тепловой проводимости контактов и теплопроводности твердых тел с использованием технологии фазосдвиговой интерферометрии.
• Разработан и создан целый ряд уникальных изоляторов Фарадея (ИФ), в том числе криогенные, на базе ТГГ керамики, монокристаллов CeF3 и ТСАГ, а также на базе ТАГ, Ce:TAG и Si,Ti:TAG керамики (совместно с ведущими зарубежными производителями магнитооптических сред).
• Созданы лазеры на базе разработанных в лаборатории квантронов с активными элементами (АЭ) перспективных геометрий «тонкий стержень» и «тонкий диск», на базе которых реализована долгосрочная стабильная работа уникального лазера с энергией импульсов наносекундной длительности 1 мДж и частотой следования 11,5 кГц. Также на базе дискового квантрона было получено увеличение мощности с 5 Вт до 50 Вт за 32 отражения от активного элемента.
• Разработан лазер на Nd:YAG для накачки мощных титан-сапфировых усилителей чирпированных импульсов с энергией 220 Дж в импульсе длительностью 30 нс при высоком качестве пучка, работающий с частотой повторения импульсов 0,02 Гц.
• Создан вращатель Фарадея на базе монокристалла ТГГ рекордной апертуры 40 мм для излучения киловаттного уровня мощности (совместно с НИИ материаловедения).
• Разработана технология изготовления перспективной магнитооптической керамики Tb₂O₃ и проведены измерения постоянной Верде в диапазоне длин волн 380–1750 нм и температур 80–300 К. Разработаны различные технологии изготовления широкополосных лазерных керамических сред с высокой теплопроводностью, например, MgAl₂O₄ (совместно с Институтом химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук).
• Ведутся работы по оптимизации параметров роста новых магнитооптических монокристаллов для ИФ на высокую среднюю мощность (совместно с Институтом кристаллографии им. А. В. Шубникова Российской академии наук).

Внедрение результатов исследования:

Cозданы измерительные и технологические стенды, которые внедрены в работу ИПФ РАН и используются в научно-образовательном процессе для диагностики широкого спектра характеристик оптических сред в исследовательских целях.

Разработаны эскизно-конструкторские документации и технологические инструкции на технологический процесс изготовления экспериментальных образцов, по которым были изготовлены экспериментальные образцы усилителя на основе активного элемента геометрии тонкого слэба, высокомощного гибридного лазера с дисковым оконечным усилителем, высокомощного гибридного лазера с тонкостержневым оконечным усилителем, многопроходной схемы усиления сигнала в дисковом активном элементе, квантрона на композитном дисковом активном элементе, квантрона на слэбовом активном элементе, компактного высокомощного изолятора Фарадея, усилителя на основе активного элемента геометрии тонкого стержня из Yb:YAG с увеличенным выходным диаметром активного элемента, многопроходного усилителя на основе дискового активного элемента.

Образование и переподготовка кадров:

• Членами научного коллектива подготовлены и внедрены в образовательный процесс 12 новых образовательных курсов по направлению научного исследования.
• Подготовлены и защищены 3 докторские и 13 кандидатских диссертаций.
• Проведена профессиональная переподготовка кадров: 15 человек (студенты радиофизического факультета ННГУ имени Н. И. Лобачевского).  

Сотрудничество:

• EGO - Европейская гравитационная обсерватория (Италия): «Меморандум о взаимопонимании для совместного научного сотрудничества по разработке вакуумно-совместимых изоляторов Фарадея с высокой мощностью для следующего поколения детектора гравитационных волн на основе лазерного интерферометра» - разработка изоляторов Фарадея (ИФ), включая оптимизацию магнитных систем, которые могут использоваться в детекторах гравитационных волн.
• SIOM - Шанхайский институт точной механики Китайской академии наук (Китай): соглашение о проведении научно-исследовательских работ по теме «Исследование оптимизации микро-структуры TAG керамики и преимуществ ее использования для модуляции мощных лазеров» - комплексное изучение магнитооптических и термооптических характеристик созданных в SIOM образцов перспективной магнитооптической керамики тербий-алюминиевого граната (ТАГ) с легированием различными добавками (Zr, Si, Ti и др.).
• Университет прикладных наук Северо-Западной Швейцарии (Швейцария): экспериментально и теоретически исследован коэффициент усиления в кристалле титан-сапфира с накачкой несколькими одиночными диодами с длиной волны 450 нм; показана перспективность схемы для создания широкополосного регенеративного усилителя.
• LIGO - Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (США): исследования новых магнитооптических сред в диапазоне 1-2 мкм, которые могут использоваться в детекторах гравитационных волн.
• KERI - Корейский научно-исследовательский электротехнический институт (Республика Корея): соглашение о проведении и передаче научно-исследовательских работ - исследование возможности создания двухкаскадной усилительной системы для фемтосекундного лазера.
• Институт прикладной физики (Германия): проект РФФИ №21-52-12037 «Исследование диапазона применимости нового поколения объемных чирпирующих брэгговских решеток, записанных при помощи фемтосекундных лазерных импульсов».
• Консорциум в составе: Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук, Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (Россия): соглашение № 075-15-2020-906 от 16.11.2020 г., Минобрнауки России, 2020-2022 гг: «Создание и развитие научного центра мирового уровня «Центр фотоники» по приоритету научно-технологического развития «Передовые цифровые технологии и искусственный интеллект, роботизированные системы, материалы нового поколения».
• Индустриальный партнер ООО «АВЕСТА»: соглашение №14.607.21.0201 от 26.11.2018 г., Минобрнауки России, Федеральная целевая программа, 2018-2020 гг. «Усилители на основе активных элементов перспективных геометрий для создания пико- и фемтосекундных лазеров с высокой средней мощностью».