Разработка пространственных фильтров и эффективных усилителей с высоким ресурсом работы для многокаскадных лазеров с качеством излучения близким к дифракционному тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат технических наук Кирсанов, Алексей Владимирович

• Кирсанов, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кирсанов, Алексей Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Проблемы получения высоких параметров выходного 29 излучения в лазерах накачки параметрических усилителей петаваттного уровня мощности и методы их решения.

1.1. Общая схема 300 Дж 1нс лазерного усилителя на 29 неодимовом стекле и проблемы ее реализации.

1.2. Стабилизация направления распространения лазерного 32 излучения в лазере накачки петаваттного комплекса PEARL.

1.3. Создание эффективных лазерных усилителей для мощных 37 многокаскадных лазеров.

1.4. Выбор общей конструкции пространственных фильтров 43 для создания компактного и надежного лазера накачки с качеством излучении близким к дифракционному.

1.5. Выводы

Глава 2. Оптимизация параметров оптических элементов 48 пространственных фильтров для многокаскадных лазерных усилителей.

2.1. Выбор соотношения радиусов линз ПФ для обеспечения 48 минимальных сферических аберраций и комы.

2.2. Выбор оптимального фокусного расстояния линз ПФ, 52 обеспечивающий минимальные сферические аберрации.

2.3. Выбор диаметра диафрагмы ПФ, обеспечивающей 56 прохождение импульса без пространственно-временного обрезания.

2.3.1. Подавление мелкомасштабной фокусировки (ММС)

2.3.2. Подавление суперлюминесценции. ои

2.3.3. Моделирование прохождения реального пучка через 61 ПФ с различными диафрагмами.

2.4. Экспериментальные исследования деполяризации в 63 линзах, при использовании их в качестве вакуумных окон ПФ. Выбор диаметра линз с наименьшей деполяризацией.

2.5. Выводы

Глава 3. Система прецизионного дистанционного ЗВ 67 позиционирования диафрагмы ПФ с шаговыми двигателями в качестве исполнительного механизма.

3.1. Блок юстировки диафрагмы ПФ с ЗБ системой линейного 67 перемещения на основе шаговых двигателей.

3.2. Системы линейного перемещения (трансляторы) и их 69 электромеханический привод.

3.2.1. Расчет допустимой нагрузки на элементы качения 74 трансляторов.

3.2.2. Блоки управления шаговыми двигателями для 75 ручного (дистанционного) и автоматического управления.

3.3. Экспериментальное определение точйости привода ШД, 78 как исполнительного механизма.

3.4. Компенсация угловых отклонений при линейном 82 перемещении оптических элементов.

3.5. Выводы

Глава 4. Аппаратно-программный комплекс и методика 88 юстировки пространственных фильтров в составе шестикаскадного лазерного усилителя.

4.1. Юстировка линз пространственного фильтра. Выведение 90 бликов из апертуры входящего излучения. Компенсация астигматизма.

4.2. Методы настройки продольного положения диафрагмы

4.2.1. Определение необходимой точности продольной 94 юстировки диафрагмы при сканировании щелью в поле непрерывного лазерного излучения.

4.2.2. Настройка пространственного фильтра при 98 сканировании диафрагмой.

4.2.3. Настройка продольного положения диафрагмы с 102 использованием специально вводимого аберратора.

4.2.4. Экспресс-проверка продольной настройки 104 диафрагмы ПФ с использованием ИК-визуализатора.

4.3. Методика настройки поперечного положения диафрагмы 106 ПФ по дифракционным кольцам, формируемым при прохождении излучения через дополнительную вбрасываемую диафрагму. Настройка диафрагмы ПФ в ручном и автоматическом режимах.

4.4. Выводы. 111 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ 112 Список цитируемой литературы 114 Список работ автора по теме диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка пространственных фильтров и эффективных усилителей с высоким ресурсом работы для многокаскадных лазеров с качеством излучения близким к дифракционному»

ВВЕДЕНИЕ.

В последнее время во всем мире наблюдается повышенный интерес к разработке мощных лазерных установок, генерирующих фемтосекундные импульсы субпетаваттного и петаваттного уровня мощности [1-4, 1*-7*] Это связано с тем, что создание таких установок открывает перед физиками-экспериментаторами совершенно новые возможности. Так, при взаимодействии лазерных фемтосекундных импульсов с плазмой могут возникать квазимоноэнергетические пучки электронов с энергиями в сотни МэВ [5,6], а при взаимодействии с твердыми мишенями из области взаимодействия выходят пучки ускоренных ионов [7]. Данный метод формирования пучков заряженных частиц высоких энергий в настоящее время рассматривается как альтернативный по отношению к дорогостоящим традиционным ускорителям, которые могут достигать гигантских размеров. Другой областью физики, в которой востребованы лазерные импульсы петаваттной мощности, являются исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Впервые уровень мощности лазерного излучения в 1 ПВт был достигнут путем сведения на мишени 192 лазерных пучков на установке NIF (USA) [1]. В качестве активной среды мощных каскадов этой установки было выбрано фосфатное стекло допированное неодимом КГСС1621 с ламповой накачкой [8], являющееся до сих пор одной из самых распространенных активных сред для мощных лазерных установок. Методом повышения мощности лазерного излучения является усиление частотно-модулированных лазерных импульсов с их последующим сжатием на дифракционных решетках в вакуумных компрессорах [9, 10]. При этом возможно либо непосредственное усиление чирпированного импульса в усилителях на неодимовом стекле [11], либо использование более широкополосных параметрических усилителей [12,13] или усилителей на Ti-сапфире [3], в которых вторая гармоника неодимового лазера служит накачкой. Для эффективного преобразования излучения неодимового лазера

во вторую гармонику необходимо иметь на выходе лазерного комплекса на неодимовом стекле качество излучения близкое к дифракционному. Высокое качество излучения достигается при решении целого комплекса задач, среди которых основными являются создание эффективных лазерных усилителей и обеспечение их функционирования при плотностях энергий 5-10 Дж/см2 без повреждения оптических элементов, что достигается при использовании пространственной фильтрации излучения [14].

Лазеры с большой энергией выходного импульса, как правило, представляют собой цепочку лазерных усилителей, диаметр которых увеличивается от входа к выходу [1-4, 11]. Важной задачей является разработка и оптимизация отражателей квантронов, которые позволяют обеспечить эффективную и однородную по сечению активного элемента накачку, с одной стороны, и снизить энергоемкость установки как целого, с другой стороны. Последнее обстоятельство особенно важно для выходных каскадов лазерных установок, в которых при энергии излучения в 100300 Дж, запасенная электрическая энергия составляет несколько десятков килоджоулей в каждом каскаде.

В 80-х гг. XX века для усиления наносекундных лазерных импульсов в мощных многокаскадных лазерных комплексах были разработаны многоламповые квантроны с диффузным (керсиловым) и с зеркальным отражателями [15,16]. В отражателе с диффузным отражателем лампы накачки расположены плотно вокруг активного элемента на минимальном расстоянии от него. Такое расположение элементов квантрона позволило получить высокий коэффициент усиления и обеспечить высокую равномерность освещения боковой поверхности накачиваемого активного элемента. В то же время в керсиловом отражателе большая часть лучей с каждой лампы попадает сначала на керсил и только после диффузии на керсиле приходят на активный элемент. Часть лучей после диффузии на керсиле вторично проходит через лампы, что ведет к их перегреву. В

результате длительность импульса накачки сокращается, и спектр излучения ламп смещается в синюю сторону[17-19].

Более эффективными являются зеркальные отражатели с серебряным покрытием. В данной конфигурации, в отличие от керсилового отражателя, все лучи, выходящие из ламп, попадают на активный элемент либо непосредственно, либо после первого отражения от зеркал, что уменьшает нагрузку на лампы и существенно повышает эффективность накачки, а также снижает энергоемкость всей установки в целом. Основной проблемой при использовании таких отражателей является быстрое снижение отражающей способности вследствие окисления серебра. Предложенная в данной работе замена серебряного покрытия на алюминиевую пленку с оксидированным слоем MIRO [20,21] позволила существенно (до нескольких лет) повысить ресурс работы квантрона без регламентного обслуживания. Разработанная технология крепления пленки MIRO на ребрах жесткости специальной формы существенно удешевила процесс изготовления отражателей по сравнению с аналогами, выполненными из цельных металлических заготовок с последующим серебряным покрытием. Помимо высокого ресурса работы разработанные отражатели позволили вдвое снизить энергоемкость квантронов и всего лазерного комплекса.

Наряду с лазерными усилителями ключевыми элементами многокаскадных лазерных комплексов являются транспортные телескопы (ТТ). Транспортные телескопы согласуют диаметр пучка с апертурой усилителей, переносят изображение последовательных плоскостей, проходящих через активные элементы (АЭ) усилителей и, тем самым, уменьшают вариации интенсивности в выходном пучке. Диафрагмы, устанавливаемые в фокальной плоскости линз телескопов, уменьшают угол видения усилителей, что предотвращает самовозбуждение усилителей из-за паразитных бликов от различных элементов установок, понижают уровень спонтанной люминесценции усилителей [22] и подавляют

мелкомасштабную самофокусировку (ММС) [23]. Транспортные телескопы с диафрагмой в фокальной плоскости называют пространственными фильтрами (ПФ) [14], поскольку они фильтруют высокочастотные компоненты пространственного спектра выходного излучения. От качества изготовления линз и механических элементов фильтра (крепления линз, крепления корпуса телескопа, котировочного устройства диафрагмы и т.д.), а также от юстировки ПФ зависит качество лазерного пучка, стабильность и надежность лазерного комплекса в целом.

Разработка пространственных фильтров для лазерных комплексов требует решения целого ряда научно-технических задач. Так, для повышения стабильности диаграммы направленности излучения необходимо разместить Ш^аБв усилитель на одном оптическом столе, что ставит задачу создания компактного пространственного фильтра. В то же время пространственные фильтры с экономически доступной сферической оптикой не могут иметь короткофокусные линзы, так как применение последних увеличивает сферическую аберрацию [24]. Диафрагма ПФ отсекает высокочастотные составляющие пространственного спектра излучения для предотвращения пробоев оптических элементов, для чего диафрагма должна иметь небольшой диаметр. Но, с другой стороны, размер диафрагмы должен быть достаточно большим для того, чтобы на краях диафрагмы вследствие высокой интенсивности излучения не возникала плазма, и лазерный импульс проходил через диафрагму без искажений.

Для надлежащего функционирования пространственных фильтров необходимо создать методику настройки (юстировки) диафрагмы ПФ по продольной и поперечной координате. Большая, в десятки и сотни метров, длина оптического пути в мощных лазерных установках [1-4, 1*], флуктуации окружающей температуры на доли градусов, связанные с тепловыделением в аппаратуре, вызывают неизбежные изменения в настройке положения проходящего излучения в фокальной плоскости

транспортного телескопа относительно диафрагмы. Это приводит к необходимости разработки методов постоянного контроля положения диафрагмы ПФ и ее подстройки.

В зависимости от типа исполнения можно выделить 2 основных вида ПФ. Пространственные фильтры могут быть изготовлены, например, в виде цельного вакуумированного телескопа Кеплера с жестко закрепленными линзами и диафрагмой в расчетном месте. В этом варианте исполнения настройка ПФ осуществляется с помощью внешних заводящих зеркал [1,2526,27], что в цепочке каскадов усилителей требует обязательной подстройки всех последующих зеркал с проверкой попадания на активные элементы и дальнейшей коррекции направления излучения. Для болынеапертурных лазерных систем, таких как ИСКРА-5 [28-30], характерно исполнение ПФ в виде отдельно стоящих линз большого диаметра (от 0.5 до 1 метра в диаметре) и вакуумированной кюветы с диафрагмой, расположенной в фокальной плоскости транспортного телескопа. Добавление четырех поверхностей вакуумных окон кюветы, через которые должно проходить лазерное излучение, увеличивает потери и ухудшает качество пучка.

Для создания 300 Дж компактного лазера накачки на неодимовом стекле [8*,9*] для субпетаватного фемтосекундного комплекса PEARL [1*] потребовалась существенная доработка конструкции ПФ и, соответственно, создание новых методик настройки диафрагмы ПФ. Предложенная конструкция ПФ обладает рядом преимуществ. Использование линз одновременно в качестве вакуумных окон позволяет отказаться от дополнительных оптических поверхностей, что приводит к компактности установки. Размещение линз на гибких сильфонах позволяет подстраивать расходимость излучения и выводить паразитные блики из апертуры пучка. Используемая для юстировки компактная вакуумная система направляющих линейного перемещения (трансляторов) дает возможность дистанционно позиционировать диафрагму в вакууме по трем координатам, используя

систему видеоконтроля ее положения. Трехкоординатная сборка трансляторов позволяет выводить диафрагму из центральной области перетяжки транспортного телескопа для его настройки как телескопа Кеплера. Выбор исполнения системы юстировки диафрагмы как отдельно изготавливаемого и настраиваемого блока значительно повышает их ремонтопригодность и надежность всего лазерного комплекса. Блок юстировки диафрагмы при монтаже установки жестко закрепляется внутри вакуумной трубы с помощью распорных винтов и легко извлекается для регламентного обслуживания систем перемещения, для замены диафрагм и

контрольных зеркал.

Отдельной задачей юстировки тяжелых оптических элементов установки PEARL, таких как дифракционные решетки, является проблема минимизации угловых отклонений при их перемещении. В силу технологических причин при изготовлении систем прецизионного позиционирования не удается обеспечить параллельность осей перемещения элементов качения, что приводит к возникновению угловых микроотклонений, которые приводят к разъюстировке системы. Разработка методов компенсации микроотклонений позволяет на порядок уменьшить

возможные микроотклонения.

Настоящая диссертация состоит из результатов, полученных автором в процессе разработки субпетаваттного лазерного комплекса PEARL (НПФ РАН). Однако применимость результатов выходит за рамки использования только в конкретной лазерной системе. Разработанные в диссертации отражатели квантронов, пространственные фильтры и системы прецизионного перемещения оптических элементов могут служить элементной базой любых мощных лазерных комплексов.

Цель и задачи работы.

Целью диссертационной работы были разработка и создание эффективных лазерных усилителей и вакуумных пространственных фильтров с дистанционно управляемой диафрагмой для многокаскадных лазерных усилителей; разработка необходимого экспериментального оборудования для телеметрического контроля положения диафрагмы; создание методик ручной и автоматической настройки положения диафрагмы пространственного фильтра.

Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:

• исследование широкого круга научно-технических вопросов, связанных с созданием оптимальной конструкции пространственных фильтров, анализ существующих концепций пространственных фильтров, используемых в современных российских и зарубежных многокаскадных лазерных установках;

• разработка оптимальной конструкции компактных пространственных фильтров, удовлетворяющих противоречивым требованиям эксперимента;

• выработка концепции изготовления линз ПФ, выдерживающих нагрузку входных и выходных вакуумных окон при наименьшей вносимой деполяризации в лазерное излучение, и ее экспериментальная проверка;

• разработка конструкции крепления линз ПФ на подстраиваемых вакуумных сильфонах для выведения паразитных отражений из апертуры излучения;

• выбор оптимальной конструкции и компоновки исполняющего механизма для перемещения диафрагмы в вакууме;

• создание методики предварительной (установочной) настройки пространственного фильтра в целом как Кеплерова телескопа в составе цепочки многокаскадных лазерных усилителей;

• создание аппаратно-программного комплекса, позволяющего контролировать положение перемещаемого объекта (диафрагмы) и настраивать ПФ как в ручном, так и в автоматическом режиме;

• разработка методик настройки и экспресс-контроля продольного и поперечного положения диафрагмы;

• экспериментальная проверка работоспособности отражателей квантронов (усилителей) в различных комплектациях для активных элементов различного диаметра;

• разработка комплекса технологической оснастки для изготовления отражателей квантронов.

Методы исследования.

Методы исследования включали: обобщение известных научных и технических результатов по вопросу создания пространственных фильтров для многокаскадных лазерных систем; экспериментальные исследования деполяризации в линзах ПФ, используемых в качестве вакуумных окон; анализ технической возможности перемещения диафрагмы с точностью в несколько микрон; отладка автоматической юстировки диафрагмы на экспериментальной модели ПФ; обработка экспериментальных данных методами математической статистики с применением ПЭВМ и специально разработанных программ.

Научная новизна работы.

В результате выполнения диссертационной работы:

• разработана серия пространственных фильтров для многокаскадных лазерных усилителей, конструктивные особенности которых удовлетворяют противоречивым требованиям функционирования ПФ: их компактности, с одной стороны, и качества излучения близкого к дифракционному, с другой;

• отличительной особенностью разработанных ПФ является размещение диафрагмы в кювете пространственного фильтра на компактной прецизионной вакуумной трехкоординатной системе линейного перемещения с шаговыми двигателями в качестве исполняющих механизмов, что позволяет дистанционно управлять взаимным расположением диафрагмы и проходящего через нее лазерного излучения, а также выводить диафрагму из области перетяжки пучка для настройки транспортного телескопа;

• разработаны методики настройки продольного и поперечного положения диафрагмы ПФ в ручном и автоматическом режиме; разработана методика экспресс контроля продольного положения диафрагмы на основе ИК-визуализатора;

• предложена, экспериментально проверена и запущена в опытную серию конструкция отражателей для лазерных усилителей с отражающей поверхностью из алюминиевой фольги с оксидным покрытием, что позволило существенно (до нескольких лет) повысить ресурс работы квантронов без регламентного обслуживания. Разработана технология вклейки фольги в ребра жесткости специальной формы.

• предложена и экспериментально реализована система компенсации микроотклонений в системах линейного и углового перемещения (трансляторах) за счет контролируемого изгиба направляющих элементов качения. При использовании предложенного метода удалось уменьшить микроотклонения при линейном перемещении до единиц угловых секунд.

Практическое значение работы.

Разработанные автором отражатели квантронов и пространственные фильтры являются важнейшими элементами ряда компактных лазерных комплексов с рекордными параметрами по мощности излучения (до 0.56 ПВт в комплексе PEARL с длительностью импульса 43 фс).

Сконструированные отражатели для выходных каскадов усиления мощных многокаскадных лазеров позволили поднять эффективность накачки выходных каскадов более чем в два раза. Используемая в качестве отражательной поверхности пленка MIRO [20,21] показала более высокие эксплуатационные качества, чем отражатели на основе посеребренных поверхностей.

Найденное при разработке пространственных фильтров техническое решение - исполнение устройства юстировки диафрагмы в виде отдельного унифицированного для всех ПФ блока - позволяет легко извлекать его для регламентного обслуживания систем перемещения и для замены диафрагмы. При монтаже установки блок юстировки жестко закрепляется внутри вакуумной трубы с помощью распорных винтов.

Созданная аппаратура телеметрического контроля положения диафрагмы и программно-аппаратная система юстировки диафрагмы позволяет оперативно осуществлять автоматическую настройку ее положения относительно проходящего излучения.

Предложенная автором система компенсации микроотклонений в элементах линейного перемещения может быть использована для систем юстировки вакуумных компрессоров, в которых необходимо перемещать массивные дифракционные решетки без угловых отклонений штрихов или плоскостей отражения.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Конструкция зеркальных двухсекционных отражателей с формой, близкой к эвольвенте на основе алюминиевой фольги с защитным оксидным слоем, позволяет существенно увеличить КПД и ресурс выходных каскадов лазерных усилителей и упростить технологию изготовления и сборки;

• Конструкция пространственных фильтров, выполненных в виде

14

вакуумированной кюветы с расположенной внутри нее системой позиционирования селектирующей диафрагмы и юстируемыми линзами в качестве вакуумных окон, позволяет компактно разместить на одном оптическом столе шестикаскадный лазер накачки на неодимовом фосфатном стекле с параметрами 300 Дж/1 не и качеством излучения, близким к дифракционному;

• Унифицированные для всех пространственных фильтров (ПФ) установки трехкоординатные устройства систем линейного позиционирования селектирующих диафрагм на основе шаговых двигателей в качестве исполняющих механизмов, аппаратно-программного комплекса и методики юстировки обеспечивают автоматическое позиционирование диафрагм ПФ в вакууме по трем координатам с высокой (до 3-5 мкм) точностью и стабильностью положения диафрагм после настройки;

• Введение компенсирующего упругого изгиба направляющих в устройство прецизионного позиционирования массивных оптических элементов (например, дифракционных решёток) при осуществлении контроля на основе специально разработанного автоколлиматора позволяет существенно (до единиц угловых секунд) уменьшить микроотклонения при линейном перемещении.

Достоверность результатов.

Достоверность выбранных технических решений, разработанных конструкций и научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена более чем 6-ти летней эксплуатацией пространственных фильтров в условиях целого ряда уникальных установок, в том числе субпетаваттного лазерного комплекса «PEARL» (ИПФ РАН, Нижний Новгород) и фемто-канала установки «ЛУЧ» (РФЯЦ-ВНИИЭФ, Саров) [10*].

Апробация и публикации по теме работы.

В общей сложности по теме диссертации соискатель имеет 25 публикаций, в том числе 7 статей в реферируемых научных журналах, 1 препринт, 18 публикаций в сборниках трудов конференций. Результаты, представленные в Главе 3, стали основой двух патентов на изобретения Российской федерации. Статьи по теме диссертации опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК Российской Федерации, в том числе «Письма ЖЭТФ», «ПТЭ», «Квантовая электроника», «Applied Optics», «Laser Physics Letters», «Optics Express» и др. Результаты работы неоднократно докладывались и получили одобрение на российских и международных конференциях: Laser Optics 2006, 2008, 2010; CLEO/EUROPE 2008; Advanced Solid-State Photonics 2005,2007; ULIS 2007; Лазерная физика и оптические технологии 2008 и др. Разработанная модель пространственного фильтра награждена дипломом и медалью 7-й Международной специализированной выставки ЛабораторияЭкспо-2009 (Всероссийский выставочный центр).

СТРУКТУРА И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка, включающего 58 наименований. Работа изложена на 125 листах машинописного текста* содержит 46 рисунков, 2 таблицы.

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются цели и задачи, а также основные положения, выносимые на защиту, обосновывается научная новизна полученных результатов и их практическая ценность.

В первой главе диссертации обсуждаются основные проблемы достижения высоких параметров выходного излучения в лазерах накачки параметрических усилителей петаваттного уровня мощности и методы их

решения. В разделе 1.1 описывается общая схема шестикаскадного лазера на неодимовом стекле [8*,9*], вторая гармоника которого используется в качестве накачки для выходного каскада параметрического усилителя субпетаваттного комплекса «PEARL». Подробно рассмотрены научно-технические задачи, решение которых позволило достичь рекордных параметров лазера накачки 300 Дж 1 не, размещенного на одном оптическом столе комплекса «PEARL», в том числе: формирование необходимой пространственной структуры пучка на входе лазера накачки для максимального съема запасенной энергии с усилителя; стабилизация направления распространения лазерного излучения в усилителе; создание эффективных лазерных усилителей; подавление самовозбуждения лазерного комплекса; обеспечение переноса и масштабирования изображения с усилителя на усилитель; минимизация мелкомасштабной самофокусировки; уменьшение влияния люминесценции предыдущих усилительных каскадов на последующие каскады.

Раздел 1.2 посвящен проблеме стабилизации направления распространения лазерного излучения в лазере накачки петаваттного комплекса PEARL, которая решалась путем размещения специальной диафрагменной линии [11*,12*] в блоке формирования пространственной структуры входного излучения. Экспериментально исследовано несколько диафрагменных линий с разными диаметрами диафрагм, расстояниями между диафрагмами и разными материалами исполнения, с точки зрения пропускания линиями наносекундных оптических импульсов, а также с точки зрения их селективных свойств. Для проверки селективных свойств линий направление входного пучка менялось в пределах ±5-10"4 рад, а на выходе линии отслеживались изменения направления пучка и распределение его интенсивности в ближней зоне. Для линии с диаметром диафрагм />=0.4 мм и расстоянием между ними Z,=ll см отклонение входного пучка не вызывало изменения направления выходящего излучения. Для фильтра с

ДрО.9 мм и L2=33 см отклонение направления выходящего пучка было в 5 раз меньше отклонения входящего пучка,

В разделе 1.3 описана конструкция эффективных отражателей для лазерных усилителей выходных каскадов 300 Дж лазера накачки на неодимовом стекле [8*]. Проведено экспериментальное сравнение отражателей, выполненных, как по традиционной схеме с использованием диффузного керсилового (кварцевой керамики) отражателя, так и более эффективной конструкции зеркального отражателя из двух секций с формой каждой секции, близкой к эвольвенте окружности диаметра лампы накачки [13*] с предложенной автором отражающей поверхностью на основе пленки MIRO [21]. Экспериментально показано, что такой отражатель вдвое снижает энергопотребление каждого используемого усилителя. Использование пленки MIRO вместо традиционного серебряного покрытия

о

позволило существенно (до 10 вспышек) увеличить ресурс выходных каскадов лазерных усилителей и упростить технологию изготовления отражателей.

В разделе 1.4 обосновывается выбор конструктивных особенностей элементов пространственных фильтров для лазера накачки фемтосекундного субпетаваттного лазерного комплекса «PEARL». Предложена эффективная и компактная схема пространственных фильтров с диафрагмой, установленной внутри вакуумной камеры на миниатюрной трехкоординатной системе перемещения [14*-17*]. Линзы Кеплерова телескопа используются одновременно в качестве вакуумных окон, что уменьшает количество оптических поверхностей и, соответственно, приводит к улучшению качества пучка. Размещение линз на гибких сильфонах позволяет подстраивать телескоп и выводить паразитные блики из апертуры пучка. Для контроля положения диафрагмы в составе разработанного ПФ предусмотрена система видеомониторинга ее относительного положения.

Во второй главе приведены расчеты и результаты экспериментальных исследований оптических элементов пространственных фильтров - линз и диафрагм.

В большинстве работ, посвященных теоретическим аспектам ПФ, линзы телескопа считаются безаберрационными. Однако используемые на практике линзы обычно по коммерческим соображениям изготавливаются со сферическими поверхностями и, следовательно, обладают аберрациями, которые необходимо учитывать при конструировании телескопов ПФ. В разделе 2.1 приведены расчеты радиусов линз ПФ с целью обеспечения минимальной сферической аберрации и комы, вносимой каждой линзой. Показано, что минимум комы находится при соотношении радиусов линзы Щ : Я2 =1/9 [14*]. При этом сферическая аберрация не минимальна. Однако она увеличивается не более чем на 0.1% от своего минимума при Яг: Я2 = 1 6 для выбранных материала и толщины линз. Полученные результаты подтверждены на основании прямого расчета траектории прохождения луча через линзу.

Раздел 2.2 посвящен выбору оптимального фокусного расстояния линз ПФ. Как показано в предыдущем разделе, можно определить форму линзы, обеспечивающую минимальные аберрации. Однако абсолютное значение этих аберраций зависит от фокусных расстоянии линз телескопа, причем сферическая аберрация обратно пропорциональна квадрату /. Из этого вытекает задача о минимальной длине /} + /2 телескопа, обеспечивающего высокое качество излучения. Такой телескоп не должен существенно искажать волновой фронт излучения, т.е. не должен значительно увеличивать расходимость лазерного излучения. Минимальная расходимость пучка определяется дифракционным пределом, который зависит от распределения интенсивности. В качестве критерия минимальной длины телескопа можно выбрать увеличение расходимости пучка из-за

19

сферической аберрации в Л раз по сравнению с дифракционной расходимостью . Как показывают расчеты, для однократного телескопа с

апертурой = 10 см и гауссовою пучка /(г) = /0 0.5(г/а)2т | с т = 1 и радиусом пучка а = Я/2.3 минимальная длина телескопа будет составлять 2/=400 см. Для П-образного пучка (ти-»оо) при тех же параметрах 2/ =562 см [17*].

В следующем разделе 2.3 решается вопрос выбора диаметра диафрагмы пространственного фильтра. С точки зрения подавления мелкомасштабной самофокусировки (ММС) диаметр диафрагмы D для пространственного фильтра с фокусным расстоянием входной линзы /, апертурой проходящего излучения а и волновым вектором к, должен удовлетворять неравенству:

©шах/ > Т >> Г" 2 ка

где ®тах = {2у1/по)1/2 - угловой масштаб неоднородностей, максимально нарастающих в световой волне интенсивности I при прохождении ее через прозрачный диэлектрик с показателем преломления = и0 + у1. Типичное

значение у для электронной самофокусировки составляет у = (3 4- 5) • 10 см2/ГВт. Из вышеуказанных соображений в ПФ лазера на неодимовом стекле выбраны размеры диафрагм порядка 1-2 мм [14*-17*].

Помимо подавления ММС диафрагмы таких диаметров уменьшают возможные плотности энергии шумов суперлюминисценции с 15 Дж/см

[22] до приемлемых мА8Е =5.5-Ю-5Дж/см2. Для полной отсечки шумов суперлюминесценции усилителей перед диафрагмой ПФ устанавливается экран.

На основе кода «Френель» [31] проведено моделирование

прохождения через ПФ реального пучка с неоднородностью профиля

интенсивности, обусловленной мелко-масштабной фокусировкой. Показано

сглаживание профиля пучка после прохождения ПФ, сделаны оценки потерь

20

для диафрагм диаметром 1 и 3 мм.

В разделе 2.4 рассмотрен ряд аспектов использования линз Кеплеровых телескопов в качестве вакуумных окон пространственных фильтров. При создании ПФ для лазера на неодимовом стекле с дифракционным качеством излучения необходимо оптимизировать размеры линзы по отношению к апертуре проходящего излучения. При этом необходимо учитывать, что вблизи области сжатия линзы через резиновые прокладки для вакуумного уплотнения возникают механические напряжения в стекле, которые вместе с давлением атмосферы приводят к появлению в структуре излучения деполяризованной компоненты. Увеличением диметра линзы по отношению к апертуре проходящего лазерного излучения можно уменьшить его искажения, однако из соображений компактности ПФ линзы телескопа не могут иметь слишком большой диаметр. Была проведена серия экспериментов по измерению деполяризации проходящего через сжатую линзу лазерного излучения. Показано, что оптимальный размер переходного промежутка между областью сжатия линзы и апертурой лазерного излучения составляет две-три толщины линзы [16*]. Из экспериментальных данных следует, что при диаметре линзы в 1.6-2 раза больше апертуры проходящего оптического излучения, интенсивность деполяризованной компоненты излучения в рабочей области линзы составляет не более 0.05 % от интенсивности проходящего излучения, что находится на уровне остаточной деполяризации в стекле.

В третьей главе описана система прецизионного дистанционного ЗD позиционирования диафрагмы ПФ с шаговыми двигателями в качестве исполнительного механизма [14*-17*]. В Разделе 3.1 приведено общее описание блока юстировки диафрагмы. Диафрагма закреплена на трехкоординатной вакуумной сборке систем линейного перемещения (трансляторов) с шаговыми двигателями (ШД) в качестве исполняющих механизмов. Каждый транслятор обеспечивает перемещение диафрагмы по

одной из трех ортогональных осей Х,У и Ъ. Система позиционирования диафрагмы унифицирована для всех ПФ многокаскадного усилителя. Проведен расчет нагрузки на каждый из трансляторов.

В Разделе 3.2 подробно описываются системы линейного перемещения (трансляторы) и их электромеханический привод. Трансляторы собраны по схеме направляющих прямолинейного движения с трением качения, поскольку эти направляющие имеют наименьшие потери на трение [32-34]. Кинематическая схема опорных узлов элементов качения - закрытая четырехточечная призматическая с предварительным натягом. Уменьшение трения в направляющих необходимо для достижения минимального перемещения в 1-2 шага ШД (1.5-3 мкм). В качестве элементов качения в направляющих используются шарики. Исполняющими механизмами выбраны компактные четырехфазные шаговые двигатели (ШД) типа ДШР-39, имеющие 200 стабильных положений ротора на оборот вала. Один шаг соответствует 1.25 мкм для поперечных координат X и У при перемещении на 30 мм по горизонтальной оси X и 26 мм по вертикальной оси У, и 5 мкм для продольной координаты Ъ при перемещении на 70 мм. Вращение вала ШД, связанного гибкой муфтой с парой винт-гайка, передается в поступательное движение каретки транслятора.

В данном разделе также проведены расчеты допустимой нагрузки на элементы качения, обоснован выбор конфигурации ЗБ системы перемещения и размеров элементов качения (шариков). Размер и количество тел качения в опорном узле выбирается и проверяется по условию контактной прочности или по допустимой нагрузке на тело качения [32]. Исходя из расчетов допустимой нагрузки согласно [33] для малонагруженных трансляторов ОХ и ОУ диаметр шариков был выбран равным ¿=4 мм и их количество 5 для ОХ и 4 для ОУ на сторону (всего 10 и 8, соответственно). Для более нагруженного транслятора ОЪ диаметр шариков выбран равным 5.5 мм при количестве более 10 на сторону.

Одной из задач, выполняемых терхкоординатной системой линейного перемещения, является выведение диафрагмы из области пучка для первоначальной настройки транспортного телескопа по переносу изображения. Задачей оптимизации было обеспечение максимального линейного перемещения при заданных габаритных размерах сборки. Определяющим габарит элементом является шаговый привод ведущей пары - ШД, ходовой винт-гайка на оси ШД. В процессе оптимизации габаритных размеров трехкоординатной системы перемещения оси ходовых винтов трансляторов ОХ и ОЪ были максимально сближены.

Управление шаговыми двигателями осуществляется дистанционно при помощи электронного блока управления, которые представляют собой комбинированное устройство, позволяющее перемещать диафрагму, как в ручном, так и в автоматическом режиме с использованием персональных компьютеров. В состав блока управления шаговыми двигателями (БУШД) входят микропроцессоры для программирования скорости разгона, торможения, запоминания положения подвижного элемента и для автоматической настройки положения диафрагмы ПФ.

Существенным вопросом при разработке систем линейного перемещения диафрагмы было определение точности привода и ШД, как исполнительного механизма [18*-21*]. Экспериментальному ответу на данный вопрос посвящен Раздел 3.3. настоящей работы. В качестве метода контроля линейного перемещения выбран развитый в данной работе способ контроля координат изображения на поле ПЗС матрицы. Оптическими средствами на поле ПЗС матрицы передается изображение яркой точки, закрепленной на подвижной части анализируемого транслятора. Разработанная программа с помощью окна захвата определяет положение яркой точки на матрице камеры в пикселях с точностью (среднеквадратичное отклонение координаты) не хуже 1/30 размера пикселя изображения, а в некоторых случаях и выше.

В проведенных экспериментах были подобраны оптимальные соотношения размеров изображения яркой точки на ПЗС- матрице и окна захвата по отношению к размерам самой матрицы. Так при размерах пикселя 10 мкм и разрешении в 640 пикселей оптимальный размер яркой точки на матрице составляет около 20-25 пикселей (200-250 мкм). При этих соотношениях достигнутая точность определения положения не хуже 0.3 мкм, при перемещении пятна на поле камеры 5 мм.

Проведенные эксперименты показали, что системы линейного перемещения с ШД в качестве исполнительных элементов вполне надежно отрабатывают минимальные перемещения в 1-2 шага. Таким образом, технически достижимое минимальное смещение диафрагмы пространственных фильтров для выбранной конструкции исполнительных элементов составляет 2-3 мкм.

В разделе 3.4 описана система компенсации угловых микроотклонений подвижных частей систем перемещения, которая может быть выполнена за счет введения в конструкцию транслятора элементов подстройки [22*]. За счет этих элементов осуществляется контролируемый изгиб системы перемещения, обеспечивающий совмещение осей перемещения элементов качения двух опорных узлов в одной плоскости. В случае прецизионных систем вращения компенсация отклонений оси вращения может быть осуществлена аналогичным*образом [23*].

В четвертой главе диссертации описывается аппаратно-программный комплекс и методика юстировки ПФ в составе Ш^аББ 300 Дж 1 не лазера [24*, 25*].

Раздел 4.1 посвящен настройке пространственных фильтров как Кеплеровых телескопов. Совмещение фокальных плоскостей линз ПФ контролировалось по степени коллимированности выходного излучения и осуществлялось путем размещения вакуумных окон (линз Кеплеровых телескопов) на гибких металлических сильфонах, снабженных системой

регулировки наклона и фиксации состояния. Данная конструкция крепления линз позволяет не только точно настраивать Кеплеров телескоп на минимум расходимости излучения, но и слегка заклонять линзы для выведения из апертуры лазерного пучка паразитных бликов, попадание которых на оптические элементы может привести к их пробою. Для выведения бликов из апертуры излучения обе линзы пространственного фильтра заклонялись на углы ~2-3 градуса. Компенсация возникающего при этом астигматизма осуществлялась при заклонении выходных линз относительно перпендикулярных осей. При этом необходимо сдвинуть линзы так, чтобы меридиональная плоскость одной линзы совпадала с сагиттальной плоскостью другой линзы.

В разделах 4.2 и 4.3 описаны методики настройки продольного и поперечного положения диафрагмы ПФ [24*].

Система трехмерного перемещения диафрагмы, в принципе, позволяет определить ее оптимальное положение путем сканирования области перетяжки входной линзы ПФ. На первом этапе для отработки процесса юстировки ПФ для сканирования использовалась щель размером 8 мкм. На основе данного метода была определена точность продольного позиционирования диафрагмы, которая, как было выяснено, легко обеспечивается с помощью разработанной системы 3D позиционирования. На последующем этапе процесс сканирования .излучения осуществлялся непосредственно диафрагмой ПФ, что позволило избежать введения в кювету ПФ дополнительных устройств. Следует отметить, что метод сканирования, даже после оптимизации, оказался достаточно громоздким и неудобным для юстировки ПФ в связи с необходимостью большого количества измерений. Так, при использовании для сканирования ПФ излучения задающего генератора установки PEARL, работающего с частотой повторения 2 Гц, из-за нестабильности интенсивности задающего лазера, приходилось вводить в систему юстировки дополнительный датчик

опорного сигнала и производить нормировку интенсивности на опорный сигнал. Данный метод сканирования оказался достаточно громоздким и неудобным. В связи с этим были разработаны другие методы настройки5 которые позволяли настраивать ПФ за несколько выстрелов.

Для настройки продольного положения диафрагмы был предложен быстрый и надежный метод, реализующийся при размещении перед входной линзой ПФ пластинки-аберратора. Рассеянное на пластинке-аберраторе излучение засвечивает все поле диафрагмы, в том числе, и ее края, которые должны быть резкими на изображении фокальной плоскости Кеплерова телескопа, формируемом в фокальной плоскости дополнительного измерительного объектива, устанавливаемом после выходной линзы ПФ. Используя возможности систем линейного перемещения диафрагмы, по резкости картины края диафрагмы удавалось настроить диафрагму с точностью порядка ±100 мкм по продольной координате, что является вполне удовлетворительным.

Поскольку при обслуживании установки иногда необходимо производить замену элементов, необходимо иметь методику проверки правильной продольной юстировки диафрагмы. Экспресс-проверку продольной настройки диафрагмы ПФ удобно осуществлять с помощью размещенного на ее поверхностью визуализатора лазерного излучения ИК диапазона [24*]. При рабочем положении диафрагмы вблизи оси системы визуализатор был прикрыт специальным экраном, чтобы избежать повреждения лазерным излучением. Для настройки продольного положения диафрагмы было необходимо вывести визуализатор из-за экрана смещением по поперечной координате. Поскольку визуализатор ИК диапазона критичен к интенсивности падающего излучения, перемещая его в продольном направлении, можно легко определить фокальную плоскость ПФ, как зону максимального свечения. При отстройке по продольной координате наблюдаются характерные астигматичные фокусы, по расстоянию между

ними однозначно определяется необходимое продольное положение диафрагмы пространственного фильтра.

В Разделе 4.3 рассмотрен метод юстировки поперечного положения ПФ по дифракционным кольцам [24*], формируемым при прохождении излучения через дополнительную диафрагму, устанавливаемую перед входной линзой ПФ для настройки. Для юстировки диафрагмы в конструкции ПФ была предусмотрена система визуализации на основе внешних видеокамер, изображение на которые попадало через вакуумные окна ПФ. Вбрасываемая диафрагма имела диаметр 10-20 раз меньше диаметра входного пучка. Кольцевая структура дальней зоны равномерно засвеченного круглого отверстия (картина Эйри) позволяет очень точно юстировать диафрагму относительно пучка лазера. Повторяемость настройки диафрагмы таким способом совпадала с точностью позиционирования подвижки диафрагмы, т.е. укладывалась в интервал ±2 мкм. Такой точности настройки достаточно для хорошей повторяемости поперечного распределения лазерного пучка многокаскадного усилителя.

В Разделе 4.3 описан процесс автоматической юстировки диафрагмы по дифракционным кольцам после грубого попадания пучка в диафрагму. Процедура точной настройки была автоматизирована с помощью компьютерной программы, написанной по следующему алгоритму [24*]:

1) центр дифракционной картины от дополнительной диафрагмы определялся как точка, относительно которой преобразования картины интенсивности (отражение, поворот) в наименьшей степени искажают исходное распределение. При наличии нарушений симметрии картины дифракционных колец небольшая область вблизи центра из рассмотрения исключалась;

2) определялось направление и необходимое перемещение диафрагмы для обеспечения симметрии;

3) исполнительный механизм отрабатывал необходимое смещение

диафрагмы;

4) процедура нахождения центра дифракционной картины повторялась до обеспечения полной симметрии дифракционной картинки.

Полная автоматическая настройка диафрагмы одного пространственного фильтра осуществляется за время порядка одной минуты.

В Заключении перечислены основные результаты диссертации.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Кирсанов, Алексей Владимирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

В диссертации получены следующие основные результаты: 1. Предложена, экспериментально проверена и запущена в опытную серию конструкция зеркальных отражателей ламп накачки квантронов мощных выходных каскадов усиления, выполненных их алюминиевой фольги с оксидным покрытием, закрепленной на ребрах жесткости специальной формы. Использование такой конструкции, с одной стороны, существенно облегчает технологию изготовления отражателей, а, с другой, - позволяет повысить ресурс работы квантронов до нескольких лет,; что во много раз превосходит долговечность аналогов с покрытием из серебра.

2. Разработана новая конструкция пространственных фильтров для многокаскадных лазерных усилителей, выполненных в виде вакуумированной кюветы с расположенной внутри нее системой позиционирования диафрагмы и юстируемыми линзами в качестве вакуумных окон, что позволяет повысить качество лазерного пучка за счет отказа от дополнительных отражающих поверхностей и возможности выводить паразитные блики из апертуры пучка. Экспериментально показано, что использование линз в качестве вакуумных окон транспортного телескопа не вносит существенной деполяризации в структуру проходящего излучения при расстоянии между областью крепления линзы и апертурой пучка порядка 2-х толщин линзы. Оптимизация радиусов кривизны поверхностей линз ПФ и их фокусных расстояний с целью обеспечения минимума сферической аберраций обеспечивает компактность разработанных фильтров, что позволяет разместить на одном оптическом столе с размерами 4-5 метров шестикаскадный лазер накачки на неодимовом фосфатном стекле с параметрами 300 Дж 1 не и расходимостью излучения, не превышающей Зх-4х дифракционных пределов;

3. Предложена и экспериментально реализована система компенсации микроотклонений в системах линейного и углового перемещения (трансляторах). Компенсация осуществляется за счет введения в конструкцию трансляторов регулировочных элементов, осуществляющих контролируемый изгиб системы с целью совмещения осей перемещения элементов качения (шариков) в одной плоскости. Использование предложенного метода позволило на порядок (до единиц угловых секунд) уменьшить угловые отклонения относительно оси перемещения каретки транслятора.

4. Разработана вакуумная трехкоординатная система позиционирования диафрагмы пространственных фильтров с шаговыми двигателями в качестве исполняющих механизмов. Экспериментально продемонстрирована точность поперечного позиционирования диафрагмы на уровне 3-5 мкм при полном перемещении 30-40 мм. Созданная аппаратура телеметрического контроля положения и программно-аппаратная система юстировки диафрагмы позволяет оперативно осуществлять ручную и автоматическую настройку ее положения относительно проходящего излучения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кирсанов, Алексей Владимирович, 2012 год

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. D.M.Pennington, M.D.Perry, B.C.Stuart, R.D.Boyd, J.A.Britten, C.G.Brown, S.M.Herman, J.L.Miller, H.T.Nguyen, B.W.Shore, G.L.Tietbohl and V.Yanovsky, Petawatt laser system in Solid State Lasers for Application to Inertial Confinement Fusion//, Second Annual International Conference, M. L. Andre ed., Proc. SPIE, 3047, 490-500 (1997).

2. Y. Kitagawa, H. Fujita, R. Kodama, H. Yoshida, S. Matsuo, T. Jitsuno, T. Kawasaki, H. Kitamura, T,Kanabe, S. Sakabe, K. Shigemori, N. Miyanaga and Y. Izawa, Prepulsefree petawatt laser for a fast ignitorll, IEEE Journal of Quantum Electronics, 40, 281-293 (2004).

3. O.V. Chekhlov, J.L.Collier, I.N.Ross, et. al. 35 J broadband femtosecond optical parametric chirped pulse amplification system//, Optics Letters, 2006 p.3665

4. C. N. Danson, P. A. Brummitt, R. J. Clarke, J. L. Collier, G. Fell, A. J. Frackiewicz, S. Hancock, S. Hawkes, C. Hernandez-Gomez, P. Holligan, M. H. R. Hutchinson, A. Kidd, W. J. Lester, I. O. Musgrave, D. Neely, D. R. Neville, P. A. Norreys, D. A. Pepler, C. J. Reason, W. Shaikh, Т. B. Winstone, R. W. W.

114

Wyatt and В. E. Wyborn, Vulcan petawatt - an ultra-high-intensity interaction facility!I, Nucl. Fusion, 44, S239-S249 (2004).

5. S. P. D. Mangles, C. D. Murphy, Z. Najmudin, A. G. R. Thomas, J. L. Collier,

A. E. Dangor, E. J. Divall, P. S. Foster, J. G. Gallacher, C. J. Hooker, D. A. Jaroszynski, A. J. Langley, W. B. Mori, P. A. Norreys, F. S. Tsung, R. Viskup, B. R. Walton & K. Krushelnick, "Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser-plasma interactions" Nature 431,535-538 (2004).

6. W. P. Leemans, B. Nagler, A. J. Gonsalves, Cs. T . Oth, K. Nakamura, C. G. R. Geddes, E. Esarey, B.Schroeder AND S. M. Hooker, "GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator", Nature 418, 01-04 (2006).

7 A. A. Gonoskov, A.V. Korzhimanov, V. I. Eremin, A.V. Kim, A. M., Sergeev, Multicascade Proton Acceleration by a Superintense Laser Pulse in the Regime of Relativistically Induced Slab Transparency, Phys. Rev. Lett. Vol. 102, 184801 (2009).

8. А.А.Мак, Л.Н.Сомс, В.А.Фромзель, В.Е.Яшин, Лазеры на неодимоеом стекле!!, изд. «Наука», М. 1990, С.242-270

9. D. Strickland and G. Mourou, Compression of Amplified Chirped Optical Pulses//, Opt. Commun. 56, 219 (1985).

10. A.Dubietis, G.Jonusauskas, A.Piskarskas, Powerful femtosecond pulse generation by chirped and stretched pulse parametric amplification in BBO crystal//, Opt. Commun. 88, 437 (1992).

11.В .Г.Бородин, В.М.Комаров, В.А.Малинов, В.М.Мигель, Н.В.Никитин,

B.С.Попов, С.Л.Потапов, А.В.Чарухчев, В.Н.Чернов, Лазерная установка «Прогресс-П» с усилением чирпированного импульса в неодимоеом стекле/'/, Квантовая электроника, 1999, т.29, № 2, с. 101-105.

12. Н.Ф.Андреев, В.И.Беспалов, В.И.Бредихин, С.Г.Гаранин, В.Н.Гинзбург,

КЛ.Дворкин, Е.В.Катин, А.И.Корытин, В.В.Ложкарев, О.В.Палашов,

Н.Н.Рукавишников, А.М.Сергеев, С.А.Сухарев, Г.И.Фрейдман, Е.А.Хазанов,

И.В.Яковлев, Новая схема петаваттного лазера на основе невырожденного

115

параметрического усиления чирпированных импульсов в кристаллах DKDP //, Письма в ЖЭТФ 2004 Т.79. вып. 4. стр. 178- 182.

13. Е.А. Хазанов, A.M. Сергеев, Петаваттныелазеры на основе оптических параметрических усилителей: состояние и перспективы!7, УФН, т. 178, №9, 2008.

14. Н.В. Кузьмина, H.H. Розанов, В.А. Смирнов, О пространственной фильтрации аподизированных лазерных пучков//, Оптика и спектроскопия т.51 вып.З. 1981.

15. В.И.Баянов, Е.Г.Бородачев, В.М. Волынкин, В.И. Крыжановский, A.A. Мак, И.В. Моторин, В.М. Никонова, С. В.А., А.Д. Стариков, A.B. Чарухчев, О.С. Щавелев, В.Е. Яшин, Стержневые усилители большой апертуры на фосфатном неодимовом стекле для лазеров с высокой яркостью излучения.// Квантовая Электроника, 1986. 13(9): р. 1891-1896.

16. Баянов В.И., Бородачев Е.Г., Крыжановский В.И., В.А.Серебряков., Чарухчев A.B., Щавелев О.С., Яшин В.Е. Стержневые усилители на фосфатном неодимовом стекле диаметром 60 мм с высоким коэффициентом усиления // Квантовая Электроника, т.11, №2, р.310-315, 1984.

17. Маршак, И.С., Импульсные источники света// 1978, Москва: Энергия. 472.

18. Е.В.Даниэль , И.В.Колпакова, Влияние отраженного осветителем собственного излучения импульсной лампы на её спектроскопические характеристики.// Журнал прикладной спектроскопии, 1969. 10(4): р. 592594.

19. В.Н. Будник, В.А. Малашенков, В.А. Писулин, А.Г. Розанов, Т.А.Самодергина, Параметрический типоряд крупногабаритных импульсных ламп накачки ИНП-16.// ОМП, 1981(10): р. 2-3.

20. И.Н. Воронин, С.Г. Гаранин, А.И. Зарецкий, И.В. Игнатьев, Г.А.Кириллов, В.М. Муругов, В.А. Осин, С.А.Сухарев, A.B. Чарухчев,

Получение высокого коэффициента усиления в дисковом усилительном каскаде с элементами из неодимового фосфатного стекла!!, Квантовая электроника, 2004, 34 (6), 509-510.

21. Интернет-ресурс htpp://www.alanod.com

22. А.И.Макаров, А.К. Потемкин, О предельном коэффициенте усиления многокаскадного лазерного усилителя!!, Квантовая электроника, 1985, т. 12, №5, с.1054-1058.

23. W.Koechner, Solid-State Laser Engineering!!, Springer-Verlag New York Inc. 1976.

24. M. Борн, Э. Вольф, Основы оптики!изд. «Наука», М. 1970, С.234-265.

25. E.S.Bliss, M.Feldman, J.E.Murray, C.S.Vann, Laser Chain Alignment with Low Power Local Light Sourses!!, Proc. SPIE 2633, 760 (1996)

26. R.D.Boyd, R.D. Demaret, E. S. Bliss, A. J. Gates, J. R. Severyn, Alignment and Diagnostics on the National Ignition Facility Laser System!/, 44th Annual Meeting of the International Symposium on Optical Science, Engineering, and Instrumentation, Colorado, 1999. UCRL-JC-134596.

27. И.А.Бубнов, Т.П.Малинова, В.Ю.Матвеев, А.Н.Старченко, В.Г.Филиппов,

A.В.Чарухчев, В.Н.Чернов. Методы и алгоритмы работы юстировочного модуля многопучковой лазерной установки "ИСКРА-б"!!, Оптический журнал. - 2006. - № 1. - С.22-28.

28. В.И.Анненков, В.И.Беспалов, В.И. Бредихин, Л.М.Виноградский,

B.А.Гайдаш, И.В.Галахов, С.Г.Гаранин, В.П.Ершов, Н.В.Жидков, , В.В.Зильберберг, А.В.Зубков, В.В.Калипанов, В.А.Каргин, Г.А.Кириллов,

B.П.Коваленко, Г.Г.Кочемасов, А.Г.Кравченко, В.А.Кротов, В.П.Лазарчук,

C.Г.Лапин, В.М.Логинов, С.Л.Логутенко, В.М.Муругов, В.А.Осин, В.И.Панкратов, М.Ю.Ромашов, А.В.Рядов, С.К.Соболев, И.И.Соломатин, Г.В.Тачаев, В.С.Файзуллин, В.А.Хрусталев, Н.М.Худиков, В.С.Чеботарь, Перевод йодного лазера 'Искра-5' в режим работы на второй гармонике!У, Квантовая Электроника, 2005, Том 35, № 11, с. 993-995. .

29. В.И. Аненков, В.А. Багрецов, В.Г. Безуглов. Импульсный лазер «Искра-5» с мощностью 120 ТвтП, Квантовая электроника. 18, №5, 1991.

30. A.B. Бессараб, С.Г. Гаранин, Г.А. Кириллов, и др. Эксперименты на установках «ИСКРА-4» и «ИСКРА-5»: развитие диагностик и результаты последних двух лет//, Физика плазмы, №3, 197, 1998.

31. Епатко И.В., Малютин A.A., Серов Р.В., Соловьев Д.А., Чулкин А.Д. Новый алгоритм численного моделирования распространения лазерного излучения//, Квантовая Электроника, v.25, №8, р.717-722, 1998.

32. Б.М.Уваров, В.А.Бойко, В.Б.Подаревский, Л.И.Власенко; Детали и механизмы приборов!У, справочник, Киев 1987., стр. 138 -139.

33. Справочник конструктора точного приборостроения// Машиностроение, Ленинград, 1989г.

34. Справочник конструктора оптико-механических приборов//, Кругер М.Я. и др. Изд. «Машиностроение», Ленинград, 1968г.

35. Bunkenberg J., Boles J., Brown D.C., Eastman J., Hoose J., Hopkins R., Iwan L.,Jacobs S.D., Kelly J.H., Kumpan S., Letzring S., Lonobile D., Lund L.D., Mourou G.,Refermat S., Seka W., Soures J.M., Ken W. The omega high-power phosphate-glass system:design and performance//, IEEE Journal of Quantum Electronics, v.QE-17, №9, p.1620-1628,1981.

36. D. R. Speck, "The Shiva Laser-Fusion Facility," IEEE J. Quantum Electron. QE-17, 1599-1619 (1981).

37. Крыжановский В.И., Седов Б.М., Серебряков B.A., Цветков А.Д., Яшин В.Е. Формирование пространственной структуры излучения в твердотельных лазерных системах аподизирующими и жесткими апертурами // Квантовая Электроника, т.10, №2, р.354-359, 1983

38. Арифжанов С. Б., Танеев Р. А., Гуламов А. А., Редкоречев В. И. и Усманов Т., Формирование пучка высокого оптического качества на многокаскадном неодимовом лазере.// Квантовая электроника, 8, №6, 1246-1252(1981).

39. Мустаев К.Ш., Серебряков В.А., Яшин В.Е. Подавление мелкомасштабной самофокусировки в усилителях на неодимовом стекле с помощью оптических рентрансляторов // Письма в ЖТФ, v.6, №14, р.856-859, 1980.

40. Цернике Ф., Мидвинтер Д., Прикладная нелинейная оптика./1 Москва: Мир, 1976.

41. М.А. Мартьянов, А.К. Потемкин, А.А. Шайкин, Е.А. Хазанов, Формирование профиля пучка на входе в лазерный усилитель с большой энергией /! Квант, электроника, 2008, 38 (4), 354-358.

42. Bikmatov R. G., Burdonski I. N., Gol'tcov A. U., Kondrashov V. N., Koval'cki N. G., Kuznetcov V. N., Pergament M. I., Eetpyakov V. M., Smirnov R. V., Sokolov V. I. and Zhuzhukalo E. V., Pinhole closure in spatial filters of large-scale ICF laser systems И Proc. SPIE, v.3492, p.510-523, 1998 (Third International Conference on Solid State Lasers for Application to Inertial Confinement Fusion, ed. Lowdermilk W.H.)

43. Беспалов В. И., Таланов В. И., О нитевидной структуре пучков света в нелинейной жидкости II Письма в ЖЭТФ, т.З, 471, 1966.

44. Бондаренко Н.Г., Еремина И.В., Макаров А.И. Измерение коэффициента электронной нелинейности оптического и лазерного стеклаП Квантовая Электроника, v.5, №4, р.841-846, 1978

45. Malshakov A. N., Pasmanik G. and Potemkin А. К., Comparative characteristics of magneto-optical materials/1, Appl. Opt., 36, 6403 (1997).

46. Frantz L.M., Nodvik J.S. Theory of pulse propagation in a laser amplifier // Journal of Applied Physics, v.34, №8, p.2346-2349, 1963

47. Беспалов В. И., Пасманик Г. А., Оптические системы с усилителями яркости (Горький, 1988, с. 39).

48. Martin W. Е., Trenholme J. В., Linford G. J., Yarema S. M. and Hurley C. A., Solid-state disk amplifiers for Fusion-Laser Systems IEEE J. of Quantum Electr., QE-17, 1744(1981).

49. А.К.Потемкин, Е.А.Хазанов, Вычисление параметра Ж лазерных пучков методом моментов, Квант, электроника, 2005, 35 (11), 1042-1044.

50 С.Н.Власов, В.А.Петрищев, В.И.Таланов Усредненное описание волновых пучков в линейных и нелинейных средах. Изв. ВУЗов Радиофизика 1971 Т. 14 С.1353-1363

51 Ахманов С. А., Сухоруков А. П., Хохлов Р. В., Самофокусировка и дифракция света в нелинейной среде, УФН, 1967, т. 93, с. 19

52. Каталог фирмы SKF, www.skf.com.

53. Интернет-ресурс www.optomech.ru

54. Д.А. Дмитров, В.И. Загвоздин, А.Г.Какшин, И.А. Капустин, В.Ю. Кузьминых, Е.А. Лобода, Ю.О. Романов, В.Н.Санжин, В.Н. Суханов, А.С. Тищеноко, А.А. Угоденко, JI.A. Фомичев, 10 ТВт лазерная пикосекундная установка на фосфатном неодимовом стекле СОКОЛ-П. VII Забабахинские Научные Чтения, г. Снежинск, 8-12 сентября 2003 г.

55. С.П.Тимошенко Сопротивление материалов//, Изд.: Наука, 1956 г.

56. Н.Г.Басов, Н.Е.Быковский, А.Е.Данилов, М.П. Калашников, О.Н.Крохин, Б.В.Круглов, Ю.А.Михайлов, В.П.Осетров, Н.В.Плетнев, А.В.Роде, Ю.В. Сенатский, Г.В.Склизков, С.И.Федотов, А.Н.Федоров, Мощная лазерная установка «Дельфин» для нагрева сферических термоядерных мишеней//. Труды ФИАН, 1978, том.103, стр.3-51.

57. С. Bibeau, D. R. Speck, R. В. Ehrlich, С. W. Laumann, D. Т. Kyrazis, M. A. Henesian, J. K. Lawson, M. D. Perry, P. J. Wegner, and T. L. Weiland, Power, energy, and temporal performance of the Nova laser facility with recent improvements to the amplifier system// Appl. Opt. 31, 5799-5809 (1992)

58. M.L.Andre, Megajole Solid-State Laser for ICF application//, I.A.E.A. technical committee meeting on drivers for inertial confinement fusion, Paris, November 14-18, 1994.

Список работ автора по теме диссертации.

1*. Lozhkarev V.V., Freidman G.I., Ginzburg V.N., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Mal'shakov A.N., Martyanov M.A., Palashov O.V., Poteomkin A.K., Sergeev A.M., Shaykin A.A., Yakovlev I.V. Compact 0.56 petawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification in KD*P crystals Л Laser Physics Letters, 2007, v.4, № 6, p.421-427. 2*. Ложкарев B.B., Гаранин С.Г., Герке P.P., Гинзбург B.H., Катин Е.В., Кирсанов А.В., Лучинин Г.А., Малынаков А.Н., Мартьянов М.А., Палашов О.В., Потемкин А.К., Рукавишников Н.Н., Сергеев A.M., Сухарев С.А., Хазанов Е.А., Фрейдман Г.И., Чарухчев A3., Шайкин А.А., Яковлев И.В. 100 тераваттный фемтосекундный лазер на основе параметрического усиления./! Письма в ЖЭТФ, 2005, т.82, № 4, с.196-199. 3*. Lozhkarev V.V., Freidman G.I., Ginzburg V.N., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Mal'shakov A.N., Martyanov M.A., Palashov O.V., Poteomkin A.K., Sergeev A.M., Shaykin A.A., Yakovlev I.V., Garanin S.G., Sukharev S.A., Rukavishnikov N.N., Charukhchev A.V., Gerke R.R., Yashin V.E. 200 TW 45 fs laser based on optical parametric chirped pulse amplification, Optics Express, 2006, v. 14, № 1, p.446-454.

4*. Lozhkarev V.V., Freidman G.I., Ginzburg Y.N., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Mal'shakov A.N., Martyanov M.A., Palashov O.V., Poteomkin A.K., Sergeev A.M., Shaykin A.A., Yakovlev I.V. Compact 0.56 petawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification in KD*P crystals.!! 2006, N.Novgorod: IAP RAS: Preprint IAP #720. 5*. Lozhkarev V.V., Freidman G.I., Ginzburg V.N., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Mal'shakov A.N., Martyanov M.A., Palashov O.V., Poteomkin A.K., Sergeev A.M., Shaykin A.A., Yakovlev I.V., Garanin S.G., Rukavishnikov N.N., Sukharev S.A. OPCPA at petawatt level.!! Proc. of International Conference on Ultra Intense Laser Interaction Sciences (ULIS

2007), Bordeaux, France, 2007, p.21.

6*. Lozhkarev V.V., Freidman G.I., Ginzburg V.N., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Mal'shakov A.N., Martyanov M.A., Palashov O.V., Poteomkin A.K., Sergeev A.M., Shaykin A.A., Yakovlev I.V. Toward multi-petawatt laser based on chirped pulse optical parametric amplification./I Proc. of Int. Conf. Frontiers of Nonlinear Physics, N. Novgorod - Saratov - N. Novgorod, 2007, p.18-19.

7*. A.A. Shaykin, G.I. Freidman, S.G. Garanin, V.N. Ginzburg, E.V. Katin, A.I. Kedrov, E.A. Khazanov, A.V. Kirsanov, V.V. Lozhkarev, G.A. Luchinin, L.V. L'vov, A.N. Mal'shakov, M.A. Martyanov, V.A. Osin, O.V. Palashov, A.K. Poteomkin, N.N. Rukavishnikov, V.V. Romanov, A.V. Savkin, A.M. Sergeev, S.A. Sukharev, O.V. Trikanova, I.N. Voronich, I.V. Yakovlev, and B.G. Zimalin. 1 petawatt OPCPA laser in Russia : status and expectations, in CLEO /EUROPE-EQEC 2009, Munich.

8*. Poteomkin A.K., Kirsanov A.V., Martyanov M.A., Khazanov E.A., Shaykin A.A. Compact 300 J/ 300 GWfrequency doubled neodimium glass laser. Part II: Description of Laser setup.ll IEEE Journal of Quantum Electronics, v.45, №7, p.854-862, 2009.

9*. Poteomkin A.K., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Malshakov A.N., Martyanov M.A., Palashov O.V., Shaykin A.A. Compact neodymium phosphate glass laser emitting 300J/300GW pulses for pumping of a chirped pulse optical parametric amplifier.!! Laser Optics 2006: Solid State Lasers and Nonlinear Frequency Conversion^ Proc. SPIE v.6610, p.661005-1-661005-11.

10*. Белов И.А., Бучирина О.А., Воронин И.Н., Воронина Н.В., Гаранин С.Г., Гинзбург В.Н., Долгополов Ю.В., Зималин Б.Г., Катин Е.В., Кедров А.И., Кирсанов А.В., Колтыгин М.О., Литвин Д.Н., Ложкарев В.В., Лучинин Г.А., Львов Л.В., Малынаков А.Н., Маначинский А.Н., Марков С.С., Мартьянов М.А., Мещеряков М.В., Огородников А.В., Палашов О.В., Потемкин А.К.,

Романов В.В., Рукавишников А.Н., Рукавишников H.H., Савкин A.B., Сенник A.B., Сергеев A.M., Сухарев С.А., Триканова О.В., Тютин С.В., Филатова H.A., Фрейдман Г.И., Хазанов Е.А., Чернов И.Е., Шайкин A.A., Яковлев И.В. Петаеаттный лазерный комплекс установки "ЛУЧ". II Сб. докл. Межд. Конф. X харитоновские тематические научные чтения, г. Саров, Россия. 2008. с. 145-146.

11*. Kirsanov А.V., Luchinin G.A., Martyanov М.А., Poteomkin А.К., Shaykin A.A. Beam input system for Nd:glass amplifier.il Proc. International Conference on Lasers, Applications, and Technologies, St. Petersburg, Russia, 2005 , p.Lfll2. 12*. Martyanov M.A., Katin E.V., Khazanov E.A., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Mal'shakov A.N., Palashov O.V., Poteomkin A.K., Shaykin A.A. Beam profiling in 100 J1 ns Nd:glass laser. //Proc. of Int. Symp. «Topical Problem of Nonlinear Wave Physics» St.Petersburg -N.Novgorod, 2005Лр.82-83. 13*. A.K. Потемкин, К.А. Журин, А.В.Кирсанов, Е.А. Копелович, М.В. Кузнецов, A.A. Кузьмин, Ф.А. Флат, Е.А. Хазанов, A.A. Шайкин Эффективные широкоапертурные стержневые усилители на неодимовом стекле.!I Квантовая электроника, т.41, №6, с.487-491, 2011. 14*. Poteomkin А.К., Barmashova T.V., Khazanov Е.А., Kirsanov A.V., Luchinin G.A., Martyanov M.A., Shaykin A.A., Zelenogorsky V.V. Transport telescopes for 300 J1 ns multi-cascade Nd:glass amplifier. II Proc. of Int. Conf. on High Power Laser Beams, N. Novgorod - Yaroslavl - N. Novgorod, 2006, p.87. 15*. Потемкин A.K., Катин E.B., Кирсанов A.B., Лучинин Г.А., Малынаков А.Н., Мартьянов М.А., Матвеев А.З., Палашов О.В., Хазанов Е.А., Шайкин A.A. Компактный лазер на фосфатном стекле с неодимом с энергией 100 Дж и мощностью 100 ГВт для накачки параметрического усилителя чирпированных импульсов.II Квантовая электроника, 2005, т.35, № 4, с.302-310.

16*. Poteomkin А.К., Barmashova T.V., Kirsanov A.V., Martyanov M.A., Khazanov E.A., Shaykin A.A. Spatial filters for multistage laser amplifiers J I

Laser Optics 2006: Solid State Lasers and Nonlinear Frequency Conversion^Proc. SPIE v.6610, P.66100H-1-66100H-12.

17*. Poteomkin A.K., Barmashova T.V., Kirsanov A.V., Martyanov M.A.,

Khazanov E.A., Shaykin A.A. Spatial filters for high-peak-power multistage laser

amplifiers.!! Applied Optics, 2007, v.46, № 20, p.4423-4430.

18*. Кирсанов A.B., Бармашова T.B., Зеленогорский B.B., Потемкин A.K.

Автоматизированный двухкоординатный автоколлиматор для измерений

малых угловых отклонений, ПТЭ, 2009, т.52, № 1, с. 155-157.

19*. Туркин A.A., Зеленогорский В.В., Кирсанов A.B. Прецизионное

измерение линейных перемещений подвижных частей трансляторов с

помощью видеокамеры с точностью до 100 нанометров.П Сб. докл. XVII

ВНТК "Информационные технологии в науке, проектировании и

производстве", г.Нижний Новгород, 2006^ р.6.

20*. Бармашова Т.В., Кирсанов A.B., Зеленогорский В.В., Потемкин А.К. Экспериментальное исследование угловой стабильности трансляторов с помощью автоматизированного комплекса на основе видеокамеры и полупроводникового лазера.// Сб. докл. XVII ВНТК "Информационные технологии в науке, проектировании и производстве", г.Нижний Новгород, 2006, р.8.

21*. Кирсанов A.B., Гинзбург В.Н., Катин Е.В., Ложкарев В.В., Лучинин Г.А., Малынаков А.Н., Мартьянов М.А., Палашов О.В., Потемкин А.К., Шайкин A.A., Хазанов Е.А. Прецизионные оптико-механические узлы в субпетаваттном фемтосекундном лазере. Труды VII Международная научная конференция "Лазерная физика и оптические технологии", г.Минск, Беларусь, 2008^ т.2 с. 133-135.

22*. Кирсанов A.B. Устройство для прецизионного линейного перемещения оптических элементов. //Патент на изобретение № 2348952 по заявке № 2007114671 от 18.04.2007 г.

23*. Кирсанов A.B. Устройство для прецизионного вращения оптических

элементов. //Патент на изобретение № 2365950 по заявке № 2008100334 от 09.01.2008 г.

24*. Бармашова Т.В., Зеленогорский В.В., Кирсанов А.В., Катин Е.В., Мартьянов М.А., Потемкин А.К. Система автоматизированной юстировки диафрагм пространственных фильтров для каскадов мощных лазерных усилителей.// Сб. докл. XVII ВНТК "Информационные технологии в науке, проектировании и производстве", г.Нижний Новгород, 2006, р.9. 25*. Kirsanov A.V., Khazanov Е.А., Luchinin G.A., Martyanov M.A., Poteomkin A.K., Shaykin A.A. Pinhole alignment of the spatial filters for 300J Ins multistage Nd:glass amplifier.il Proc. of Int. Conf. on Coherent and Nonlinear Optics/ Int. Conf. on Lasers, Applications, and Technologies, Minsk, Belarus, 2007, p.L05-12.