بخشی از مقاله
چکیده _ در این مقاله با استفاده از معادلات نرخ، رفتار یک لیزر Er-Yb:Glass کلیدزنیQ شده با بلور جاذب اشباعپذیر Co2+:MgAl2O4
مدلسازی شده است. این مدل یکبار در حضور درصدی از مادهفعال پمپ نشده و برای بار دیگر در حضور مادهفعال کاملا پمپ شده مورد بررسی قرار گرفتهاست. پس از تحلیل معادلات نرخ، پهنای پالس و انرژی پالس خروجی محاسبه و در نهایت دو حالت با هم مقایسه شدهاند. نتایج نشان میدهد زمان انتشار پالس لیزری در حضور قسمت پمپ نشده در مقایسه با حالت کاملا پمپ شده دیرتر رخ میدهد.
کلید واژه- لیزر Er-Yb:Glass، کلیدزنیQ غیرفعال، بلور Co2+:MgAl2O4، معادلات نرخ
-1 مقدمه
در سالهای اخیر تلاشهای زیادی در زمینه پیشرفت لیزرهای پالسی با طولموج چشم-ایمن 1/54 میکرون وتوان قله خروجی چندین کیلووات صورت گرفتهاست. مقالات زیادی مرتبط با این موضوع با مادهفعال و جاذبهای اشباعپذیر متفاوت بهمنظور طراحی و ساخت لیزرهای چشم-ایمن وجود دارند 1]و .[2 عملکرد یک منبع تابش همدوس و پرقدرت در طولموج چشم-ایمن 1/5-1/6 میکرون حائز اهمیت است. بهطور کلی لیزر اربیم با کلیدزنی غیرفعال برای گسیل نور بسیار پر کاربرد است. از جمله کاربردهای این نمونه لیزر میتوان به استفاده آن در ابزار پزشکی، مسافتیابی و ابزار آشکارکننده انفجاراشاره کرد .[3]
در این مقاله به شبیهسازی عملکرد یک لیزر Er-Yb:Glass کلیدزنی Q شده به وسیله جاذب اشباعپذیر Co2+:MgAl2O4 میپردازیم و تأثیر بخشهایی از محیطفعال که تحت تابش پمپ قرار نمیگیرند را بر عملکرد لیزر بررسی خواهیمکرد.
-2 مدلسازی لیزر
در شبیه سازی انجام شده، مادهفعال مکعب مستطیلی شکل از دو طرف توسط آرایههای لیزر دیودی به صورت عرضی در محدوده طیفی 940-960 نانومتر در معرض دمش قرار میگیرد. ابعاد مادهفعال 2*2* 32 میلیمتر در نظر گرفتهشدهاست. کاواک لیزر شامل دو آینه تخت است. بلور جاذباشباع پذیر Co2+:MgAl2O4 به عنوان کلیدزن Q غیرفعال بین مادهفعال و آینه خروجی قرار میگیرد.
برانگیختگی نوری در سه قسمت کاواک لیزر صورت گرفته و شامل محیط پمپ شده، محیط پمپ نشده و بلور کلیدزن Q غیرفعال است. نمودار تراز انرژی برای نواحی پمپ شده و پمپ نشده بلور Er-Yb:Glass و بلور جاذب اشباعپذیر Co2+:MgAl2O4 در شکل1 نشان داده شدهاست 3]و. [4 در شبیهسازی عبور اولیه 0/86 - T0 - و ضخامت جاذب اشباعپذیر - Lc - در نظر گرفتهشدهاست.
مدل لیزری شامل فرآیندهای مختلف نوری است که بین ترازهای انرژی نشان داده شده در شکل1 صورت میپذیرد .[3-5]
شکل :1 نمودار تراز انرژی برای Er-Yb:Phosphate glass - نواحی پمپ شده و پمپ نشده - و جاذب اشباعپذیر Co2+:MgAl2O4
در ابتدا تابش پمپ توسط یونهای تراز پایه Yb3+ جذب شده و جمعیت را به تراز دوم آن میرساند. با ضرایب انتقال انرژی
1 k و 2 k بهترتیب انرژی به ترازهای دوم و سوم 3+ Er منتقل
و باعث برانگیختگی الکترونهای تراز اول و دوم میشود. سپس گسیلهای خودبهخودی خیلی سریع از ترازهای بالا به سمت تراز سوم اربیم صورت میگیرد وبا زمان تقریبی 10 میکروثانیه تراز لیزری - تراز دوم - از جمعیت پر میشود. پس از پر شدن تراز دوم با ایجاد گسیل القایی، الکترونها به تراز پایه اربیم بر میگردند و نور لیزر تولید میشود. انتقالات ناحیه پمپ نشده مادهفعال که در شکل1 نشان داده شدهاست مشابه حالت پمپ شده انجام میشود با این تفاوت که در این قسمت تابش لیزری ایجاد شده در بخش پمپ شده، سبب برانگیزش الکترونها شدهاست.
در محیط کلیدزن Q الکترونهای تراز پایه با جذب فوتونها برانگیخته میشوند. با گذشت زمان بلور به حالت اشباع رسیده و ضریب جذب کم، بلور شفاف شده و نور عبور میکند. مدت زمان شفاف بودن بلور جاذب اشباعپذیر بهاندازه طولعمر تراز S2 است .[6]
فرآیندهای صورت گرفته با استفاده از مجموعه معادلات دیفرانسیل جفتشده مرتبه اول زیر در حضور قسمت پمپ نشده مادهفعال تحلیل میشوند:
در معادلات نرخ جفتشده برای زمانی که تمام مادهفعال تحت تاثیر دمش قرار گرفته شدهاست تغییراتی ایجاد میشود. در این حالت معادله - - 4 که نمایانگر انتقالات ایجاد شده در بین ترازهای انرژی اربیم در حضور قسمت پمپ نشده مادهفعال است، بهطور کامل حذف شده و معادله - - 6 به شکل زیر تغییر خواهدکرد:
برای بار دیگر معادلات نرخ برای زمانی که طول مادهفعال کاملا پمپ شدهاست محاسبه میگردد. با حل عددی این معادلات جفتشده پهنای پالس و انرژی پالس را بدست آورده و با جواب بدست آمده از حل مجموعه معادلات در حضور قسمت پمپ نشده مقایسه میشود.
-3 بحث و نتیجه
نتایج حاصل از مدلسازی معادلات نرخ در نمودارهای زیر نمایان است. شکل2 نمودار جمعیت تراز دوم اربیم - تراز
لیزری - برحسب زمان به ازای سه توان پمپ - - مختلف
را نشان میدهد. در قسمت - الف - مادهفعال کاملا پمپ شده و در قسمت - ب - بخشی از مادهفعال پمپ نشده است. نسبت طول بخش پمپ نشده - Leu - به طول کل محیطفعال 0/2 در نظر گرفته شده است.
شکل :2 چگالی جمعیت Er3+ برای تراز دوم انرژی - الف - حالت کاملا پمپ
شده - ب - در حضور قسمت پمپ نشده به ازای Pabs 294W - منحنی خط-نقطه - ، Pabs 274W - خط توپر - و Pabs 264W - منحنی خط چین - .
