بخشی از مقاله
چکیده –دراین مقاله براي نخستین بار در کشور تقویت کننده دیسکیNd:Glass از جنس شیشه فسفات حاوي نئودیمیم، مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. براي این منظور چهار دیسک شیشه لیزر در زاویه بروستر به کمک چهار لامپ درخش تحت دمش اپتیکی قرار گرفت. بستگی بهره تقویت کننده به انرژي دمش و جنس بازتابنده ها براي یک و دو عبور به ترتیب ضریب تقویت انرژي 1/1 و 1/4 را به ازاي انرژي دمش 3/8 کیلوژول از خود نشان می دهد.
-1 مقدمه
تقویت کننده هاي دیسکی از جنس شیشه از دیرباز براي تقویت تپ هاي بسیار پر انرژي اپتیکی در طبقات نهائی سیستم هاي لیزري پر انرژي مورد توجه پژوهشگران بوده است.[1-3] یکنواختی عمل دمش اپتیکی در سراسر سطح و حجم محیط فعال و کوتاهی طول محیط فعال از ویژگی هاي بارز این نوع تقویت کننده به شمار می آید. ویژگی اخیر به ویژه براي تقویت تپ هاي کوتاه پر توان که کانونی شدن باریکه لیزر به دلیل اثر غیر خطی خود کانونی می تواند بوقوع پیوندد، حائز اهمیت فراوان است.
با اینحال و علیرغم تمام مزایاي ذکر شده، کوتاهی طول محیط تقویت کننده سبب می شود تا بهره این نوع تقویت کننده در هر عبور کوچک و در حد 2 و کمتر باشد. از این روي بازدهی چنین سیستم هاي اپتیکی نیز کوچک و معمولاً از مرتبه 0/1 درصد است.[4] در مقاله حاضر ویژگی هاي نوعی تقویت کننده شیشه فسفات نئودیمیم مورد بررسی قرار می گیرد که نخستین گزارش مطالعه تجربی تقویت کننده هاي دیسکی شیشه اي لیزر در کشور به شمار می آید.
-2 روش کار
تقویت کننده دیسکی که در آزمایشگاه ساخته شد متشکل است از چهار دیسک شیشه فسفات به قطر 27 و ضخامت 8 میلیمتر، هر یک حاوي 0/4 درصد وزنی نئودیمیم که با زاویه بروستر نسبت به محور اپتیکی تقویت کننده قرار گرفته اند. سطوح جانبی دیسک ها فاقد لایه جاذب براي جلوگیري از بروز نوسانات پارازیتی شعاعی است و تنها داراي یک پرداخت زبر است. فاصله میان محور اپتیکی تقویت کننده با محور هر لامپ درخش 40 میلیمتر است. قطر داخلی بازتابنده هاي استوانه اي که مجموعه لامپ ها و محیط فعال را در بر گرفته 120 میلیمتر است و پوششی از طلا دارد.
فاصله میان لامپ ها و محیط فعال با توجه به قطر لوله لامپ ها و محدویت هاي موجود براي نگهدارنده دیسک ها تا حد امکان کوچک اختیار شدند تا بیشترین جفت شدگی میان تابش لامپ و محیط فعال براي جذب تابش لامپ ها حاصل شود. طول قوس هر لامپ 250 میلیمتر است و هر دو لامپ بصورت سري در مداري نزدیک میرائی بحرانی قرار دارند. در مجموع دو مدار هر یک حاوي دو لامپ و یک بانک خازنی با ظرفیت 300 میکروفاراد سیستم الکتریکی دمش را تشکیل می دهند. پهناي کل زمانی تپ جریان براي هر مدار 1 میلی ثانیه است. حداکثر انرژي اعمال شده به هر لامپ حدود 0/15 انرژي انفجار لامپ و در حد 1 کیلوژول است.
انرژي کل ذخیره شده در بانک هاي خازنی که در این تجربه مورد استفاده قرار گرفت 3/8 کیلوژول می باشد. خنک سازي لامپ ها و محیط فعال و همچنین خارج نمودن هوا از مجاورت لامپ ها جهت پرهیز از تشکیل ازن، به کمک جریان گاز ازت با خلوص 98 درصد صورت می گیرد. شکل 1 ساختار تجربی مورد نظر را نشان می دهد که در آن تقویت کننده دیسکی در آرایش نوسانگر- تقویت کننده قرار دارد. نوسانگر نیز از جنس Nd:Glass است که بصورت نوسان آزاد عمل می نماید.
بردار قطبش باریکه خروجی 5 میلیمتري نوسانگر پس از عبور از قطبی کننده GT در صفحه تابش متشکل از محور اپتیکی تقویت کننده دیسکی و عمود بر سطح دیسک ها قرار دارد که براي مطالعه بهره تقویت کننده دیسکی مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به قرار گرفتن دیسک ها تحت زاویه بروستر، قطبش صحیح میدان ورودي براي به حداقل رساندن تلفات تابشی در هنگام عبور باریکه لیزر از دیسک ها حائز اهمیت فراوان است. در اینحال نمونه اي از انرژي ورودي به تقویت کننده به کمک شکافنده پرتو BS و انرژي سنج Cal1 ثبت می شود.
باریکه ورودي پس از اولین عبور از دیسک ها بار دیگر بوسیله منشور پروPP به موازات راستاي اولیه از دیسک ها عبور می نماید. باریکه ها طی دو عبور عملاً همپوشانی با یکدیگر ندارند. باریکه خروجی پس از بازتاب از آینه تمام بازتابان M به سوي انرژي سنجCal2 هدایت می شود. در این تجربه ها از انرژي سنج هاي ساخت Gentec مدل ED-200LA و ED-500 استفاده شد. تاخیر زمانی لازم میان لحظه دمش نوسانگر و تقویت کننده به کمک مولد پالس دیجیتال کارخانه BNC و انتقال فرمانهاي تحریک بوسیله فیبر نوري صورت گرفت تا سیستم هاي الکترونیکی حتی المقدور از اختلالات الکترومغناطیسی ناشی از تحریک لامپ ها مصون باشند.
-3 مشاهدات تجربی
نتایج مشاهدات تجربی براي چگونگی بستگی ضریب بهره تقویت کننده دو عبوري به انرژي دمش در نمودارهاي شکل 2 آمده است. در این اندازه گیري ها انرژي ورودي به تقویت کننده ثابت و میانگین آن برابر با 117 میلی ژول است.
