بخشی از مقاله
مقدمه
کیفیت پرتو و کارائی یک سیستم لیزر به عوامل گوناگونی وابسته است که در این میان ویژگی هاي فازي و قطبش براي میدان اپتیکی لیزر در عبور از اجزاء اپتیکی از اهمیت ویژه اي برخوردار است. براي محیط هاي فعال لیزر با آهنگ و یا میانگین توان دمش بالا، بروز گرما بسادگی می تواند سبب تلفات ناشی از دو شکستی گرمایی شود. براي تقویت کننده هاي اپتیکی پالسی که در مجموعه هاي مفصل لیزري بکار می روند دو شکستی گرمایی می تواند کارآئی سیستم را بطور جدي تحت تاثیر خود قرار دهد.
تلفات واقطبش ناشی از دو شکستی القائی گرمایی در محیط فعال شیشه نئودیمیم طی عمل دمش به کمک باریکه لیزر Nd:YAG با تفکیک زمانی10 میکروثانیه براي پریود تکرار دمش از مرتبه ثابت زمانی گرمایی اندازه گیري شده براي محیط فعال شیشه τ 11 sec و پریود دمش بسیار کوچکتر از τ، و همچنین روند خنک شدن شعاعی میله لیزر و تلفات مورد بررسی قرار می گیرد.
روش کار
آرایش هاي تجربی مورد استفاده را براي مطالعه دو شکستی گرمایی در محیط نشان می دهد. در هر دو حالت محیط فعال لیزر و لامپ فلاش بصورت جفت شدگی نزدیک درون کاواکی از جنس شیشه به قطر 40 میلیمتر با پوششی از نقره قرار دارند و دماي آب خنک کننده به کمک سیستم ویژه اي در دماي25درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته می شود. میله لیزر مورد مطاالعه از جنس شیشه فسفاتGLS-22P به طول90 و قطر 5 میلیمتر است.
جهت تخلیه لامپ فلاش از روش تحریک سري استفاده شده است و فاصله میان دو سر الکترود لامپ 80 میلیمتر است. جهت اندازه گیري تلفات، از باریکه خروجی لیزر Nd:YAGدر طول موج1/064میکرون استفاده شده است که به گذار لیزري محیط فعال شیشه در1/054 میکرون بسیار نزدیک است. نوسانگر لیزر Nd:YAG که متشکل از میله لیزر به قطر 6/25 میلیمتر، آینه تمام بازتابان BM و آینه جلوئی OC است به کمک بلور Cr:YAG با عبور دهی اولیه 75 درصد بصورت سوئیچ Q عمل می نماید. روزنه FLA درون نوسانگر، به قطر 5 میلیمتر براي تطبیق قطر باریکه خروجی نوسانگر با قطر میله شیشه لیزر بکار رفته است.
پالس خروجی از نوسانگر با پهناي زمانی در حد 40 نانوثانیه پس از بازتاب از آینه هاي تمام بازتابان M و عبور از قطبی کننده Pol با قطبش خطی وارد میله Nd:Glass می شود. براي آرایش تک عبوري پرتو خروجی از میله لیزر به کمک تحلیلگر Analy که نسبت به قطبی کننده با زاویه 90 درجه قرار گرفته است و فوتودایود PD2 مورد مطالعه قرار می گیرد. با مقایسه سیگنال PD1 که نمونه اي از شدت ورودي به میله لیزر است با سیگنال خروجی از PD2 می توان عبوردهی و سپس مقدار اختلاف فاز ناشی از دو شکستی شدن محیط را محاسبه کرد.
براي آرایش دو عبوري پرتو خارج شده از میله پس از بازتاب از آینه TR دوباره به سوي میله شیشه باز می گردد. نمونه سیگنال دریافت شده از PD2 که مبین بروز دو شکستی در محیط فعال است با مقایسه با سیگنال PD1 براي محاسبه تلفات واقطبش گرمایی و اختلاف فاز بکار می رود. تیغه ربع موج QWP که یکی از محور هاي آن در راستاي صفحه قطبش میدان ورودي قرار دارد در تجربه جداگانه اي جهت بررسی نقش جبران سازي دوشکستی گرمایی به روش پیشنهاد شده در مورد استفاده قرار می گیرد.
آرایش هاي تجربی براي اندازه گیري تلفات واقطبش ناشی از دو شکستی گرمایی در محیط فعال بالا : براي تک عبور، و پائین : براي دو عبور از میان محیط فعال شیشه. BM و OC به ترتیب آینه عقبی و جلویی نوسانگرNd:YAG، FLA روزنه محدود کننده میدان، Pol قطبی کننده و Analy قطبی کننده تحلیگر، QWP تیغه ربع موج، TR آینه بازگرداننده پرتو از جنس طلا با ضریب بازتاب 90 درصد، PD آشکارساز از نوع فوتودایود و BS شکافنده پرتو با ضریب بازتاب 5 درصد می باشد.
یافته هاي تجربی
نمودارهاي ارائه شده در شکل 2 چگونگی بستگی تلفات ناشی از واقطبش گرمایی میدان ورودي را بر حسب تاخیر لحظه ورود پالس کاوش لیزر Nd:YAG نسبت به لحظه آغاز دمش محیط Nd:Glass را براي یک و دو عبور از میان محیط شیشه نشان می دهند. آهنگ دمش محیط شیشه و میانگین توان الکتریکی تخلیه شده در لامپ فلاش در هر دو حالت ثابت و به ترتیب برابر با 0/1 هرتز و 12 وات می باشد.
رفتار زمانی پالس جریان براي دمش محیط شیشه نیز جهت مقایسه با روند تحول زمانی تلفات در هر نمودار آورده شده است. براي تلفات دو عبوري از تیغه ربع موج جبران ساز استفاده نشده است. نمودارها نشان می دهند که تا قبل از گرمایش محیط شیشه با جذب تابش هاي لامپ، اندازه تلفات براي تک و دو عبور به ترتیب درحد 0/002 و 0/05 درصد است. در هر دو حالت حداکثر تلفات به فاصله اي نزدیک به 180-200 میکرو ثانیه پس از عمل دمش بوقوع می پیوندد و سپس با خاتمه تابش لامپ و جذب انرژي در شیشه، تلفات به آرامی به سوي مقادیر قبل از گرمایش محیط میل می کند. با استفاده از براي تلفات دو شکستی گرمایی طی یک عبور می توان توان گرمایی جذب شده در جسم محیط فعال، Pa، را محاسبه کرد.
