Особенности получения мощных (до 1 МВт, 100 мДж) 3-мкм наносекундных лазерных импульсов в эрбиевых кристаллах в частотном режиме

Исследованы усилительные и генерационные свойства эрбиевых лазерных кристаллов (Er:YAG, Er:YSGG, Cr:Er:YSGG) с высокой (до 50 %) концентрацией иона активатора для получения мощного излучения наносекундной длительности в 3-мкм диапазоне длин волн на самоограниченном переходе. Измеренные коэффициенты усиления в них при мощной неселективной ламповой (до 260 Дж) и селективной диодной (до 3 Дж) накачке составляют от 1.2 до 2.1 и обеспечивают возможность создания эффективных усилителей. Показано, что для среды Er:YAG возбуждение высоколежащих энергетических уровней ($^{4}I_{9/2}$ и $^{4}I_{11/2}$) играет определяющую роль в формировании инверсии населенностей, в то время как для других эрбиевых сред это менее важно. В разработанном генераторе Er:YAG с электрооптической модуляцией добротности и двумя однопроходными усилителями получена энергия импульсов 62 мДж на 10 Гц в режиме ТЕМ$_{00}$ моды. Оптико-механическая модуляция добротности на основе вращающегося зеркала открывает доступ к большей выходной энергии благодаря отсутствию потерь в оптических элементах и из-за деполяризации. В лазере Er:YAG получены одиночные импульсы с энергией 75 мДж и длительностью 123 нс на частоте 10 Гц, в то время как в Cr:ErYSGG высокий коэффициент усиления является ограничением на получение единичных наносекундных импульсов в такой схеме модуляции добротности. Разработка таких источников с высокой пиковой и средней мощностью представляет интерес для мощных фемтосекундных лазерных систем усиления чирпированных импульсов на основе халькогенидов, легированных ионами железа, в средней ИК (3–5 мкм) области тераваттного уровня.