بخشی از مقاله
چکیده –
پرتوهاي غیرپراشی بسل-گاوس به صورت برهمنهش بیشمار موج گاوسی با بردارهاي موج توزیع شده بر روي یک مخروط در نظر گرفته میشوند. بر اساس این تعریف شیوههاي گوناگونی براي تولید این دسته میدانها پیشنهاد شدهاست. در این مقاله تولید فعال این دسته پرتوها را دنبال کردهایم. با معرفی بازآواگرهاي اکسیکون-پایه، نمونهي مناسب آن را براي تولید این میدانها طراحی کردهایم و سپس با برپائی چینش آزمایشگاهی آن موفق شدیم این پرتوها را براي نخستین بار در ایران، تا آنجا که اطلاع داریم، به صورت فعال در مد تپی و در طول موج 1064نانومتر لیزر نئودیوم-یاگ استخراج کنیم.
کلید واژهنففاکسیکون، بازآواگر اکسیکوننفپایه، پرتويفغیرپراشی بسلنگاوس، روش فعالچفف
-1 مقدمه
در سال غهشل، دورنین براي نخستین بار واژهي میدان غیرپراشی را براي توصیف انتشار پرتوهاي بسل نگاوس در فضاي آزاد به کار برد و اندکی بعد موفق شد این دسته پرتوها را به صورت تجربی تولید کندچ ف این پرتوها شامل تعدادي حلقههاي هممرکز هستند و به صورت ترکیبی از توابع بسل نوع اول و توابع گاوسی توصیف میشوند]ل[چف پرتوهاي بسلنفگاوس ویژگیهاي منحصر به فردي دارندچفاین میدانها تا فاصلهاي که آن را برد ریلی مینامند غیرپراشی-اند، یعنی نمایهي عرضی شدت آنها فدر این فاصله تغییر شکل نمیدهد]ل[چ تصویرفمیداننفدور پرتوهاي بسلنگاوس نمایههائی حلقوي هستند که در فاصلههاي پس از برد ریلیف پرتو، خود را نشان میدهند]ل[چ فدیگر ویژگی این دسته پرتوها فخودترمیمکنندگی آنهاست چ فبه این معنا که فاگر ضمن انتشار نمایهي عرضی شدت آنها در اثر برخورد به مانعی آشفتهفشد، پس از پشت سرگذاشتن آنفمانع می-توانند نمایهي عرضی شدت خود را بازسازي کنند]ه[چف میدانهاي غیرپراشی بسلنفگاوس حاصل برهمنهش بیشمار موج گاوسی استفکه بردار موج آنها بر روي یک مخروط توزیع شدهاست]ل
[چفبر این اساس روشهاي گوناگونی براي تولید این دسته پرتوهافپیشنهاد شدهاست که میتوان آنها را در دو دستهي روشهاي غیرفعال و روشهاي فعال دسته-بندي کرد]موت[چفدر روش غیر فعال،فپرتوهاي خروجی لیزر پس از برخورد به مولفههاي نوري مناسب و عبور از آنها به پرتوهاي بسلنگاوس تبدیل میشوند]م[چ در روش فعال، این میدانها مستقیما از یک بازآواگر مناسب و به عنوانف یکی از مدهاي آن استخراج میشوند]ت[چ فدر این شیوهفي تولید نیازي به استفاده از مولفهفهاي نوري مختلف در بیرون بازآواگر نیست، از اینرو چینش آزمایشگاهی آن کوچکتر خواهد بودچ فاز آنجا که پرتوي دلخواه مستقیما از بازآواگر خارج میفشود،
نسبت به پرتوي تولید شده در روش غیرفعال کمتر تحت تأثیر عوامل محیطی قرار میفگیرد و کمتر آشفته میشودچ فاز میان الگوهاي مختلف پیشنهاد شده براي بازآواگرهاي تولیدکنندهفي پرتوهاي غیرپراشی بسلنگاوس، بازآواگرهاي اکسیکوننپایه برتريهاي بیشتري دارند]ز[چفدر این بازآواگرها از آینهفهاي متداول در برپائی مشددهاي لیزري استفاده میفشود و نیازي به استفاده از مولفهفهاي گوناگون درون کاواکی به منظور تکمیل فرآیند تولید پرتوف نیست درفاین مقاله یک بازآواگر اکسیکوننپایه را تحلیل و نمونهاي مناسب را براي تولید میدانهاي غیرپراشی بسلنگاوس طراحی کردیمچ فدر ادامه فبر اساس آنچه طراحی کردیم نمونهي آزمایشگاهی بازآواگر را برپا کرده و موفق شدیم براي نخستین بار در ایران، تا آنجا که اطلاع داریم،فمیدان-هاي غیرپراشی بسلنگاوس را به صورت فعال استخراج کنیمچفف
-2 طراحی بازآواگر اکسیکون-پایه
در این بازآواگرها اکسیکون به جاي آینهيفپشتی لیزر قرار میگیرد و از یک آینهي تخت یا مقعر به عنوان آینهي خروجی استفاده میشودچفبا توجه به شکلپلژ، پرتوي بسلن گاوس در ناحیهاي لوزي شکلفتشکیل میشودچفدر وسط این ناحیه، میزان پهنشدگی نمایهي عرضی پرتو بیشینه است و از آنجا که توان حمل شده توسط میدان بسلنگاوس به طور مساوي میان تمام حلقهفهاي تشکیلفدهندهفي آن توزیع میفشود]لوم[، شدت پرتو در این ناحیه نسبت به سایر قسمتفها کمتر استچفاز این رو آینهفي بازتابان خروجی لیزر را در این قسمت قرار میفدهیمفتا احتمال آسیب دیدن آن کمتر شود چ فبر این اساس فطول فبازآواگر اکسیکوننپایه به صورت زیر محاسبه میشود
با توجه به رابطهي پلژ، هرچه طول بازآواگر بیشتر باشد، میدان خروجیفبرد ریلی بزرگتري خواهد داشتچ فمعمولاف بازآواگرهاي لیزري با طول زیاد چندان مطلوب نیستند ولی از طرفی میدان غیرپراشیفبا برد ریلی بالا کاربردهاي خاص خود را داردچفدر هر صورت انتخاب طول بازآواگرفوابسته به کاربرد آن استچفاز آنجا که هدف این پژوهش صرفا تولید پرتوهاي غیرپراشی بسلنگاوس بودهاست، با توجه به فضاي محدود آزمایشگاه بهتر دانستیم طول بازآواگر را کوچک اختیار کنیمچ فبر این اساس و با توجه به روابط حاکم بر بازآواگرهاي پایدار و همچنین در نظرگرفتن هندسهي کاواك مورد استفاده در این پژوهش در نهایت طول بازآواگر را ححتمیلیمتر انتخاب کردیمچ فبرايفتعیین مکان مناسب قرار دادنفمحیط فعال بین آینهي خروجی و اکسیکون به این صورت عمل میکنیمچفبا توجه به اینکه طول بازآواگر را ححتمیلیمتر انتخاب کردیم و زاویهي راس اکسیکون استفاده شده زقحفدرجه و نمار شکست آن براي طول موج تذحلنانومتر در حدود زقل فاست،
اندازهي لکهي لیزري بر روي اکسیکون در حدودفزقممیلیمتر محاسبه میشودچفبرف این اساس اندازهي لکهي لیزري بر روي آینهي خروجی، که با توجه به امکانات موجود آن را تخت اختیار کردیم، زغقلمیلیمتر خواهدبودچ ف با توجه به آنچه گفتیم باید محیط فعال را در فاصلهي مناسبی قرارفدهیم تا در نهایت اندازهي لکهي لیزري بر روي این دو سازه تقریبا با آنچه به صورت نظري محاسبهفشدهاست، برابر شودچ فدر شکلهاي پهژفو پمژفبه ترتیب ارتباط میان حجم مدي درون بازآواگر و اندازهي لکهي لیزري بر روي آینهي خروجی بر حسب تغییرات فاصلهي محیط فعال وفآینهي خروجی بازآواگر رسم شدهاند چفبا توجه به این دو نمودار، هر چهفمحیط فعال به آینهي خروجی نزدیکتر باشد، اندازهي لکهي لیزري بر روي این آینه بزرگتر میشود و حجم مدي میان آینهي خروجی لیزر وفمحیط فعال افزایش مییابدچفف با توجه به آنچه نمودارها نشان میدهند، در نهایت فاصلهي محیط فعالفتا اکسیکون و همچنین فاصلهي این محیط تا آینهي تخت خروجی را به ترتیب برابر حزه فو حغمیلیمتر اختیار کردیمچ فدر شکل پتژ فطرحوارهاي از بازآواگر اکسیکوننپایهي طراحی شده نمایان استچفف -3 برپائی چینش آزمایشگاهی بازآواگر اکسیکون-پایه بر اساس آنچه در بخش پیش شرح دادیم، بازآواگر را برپا میکنیمچفاکسیکون و آینهي خروجی را در فاصلههاي گفته شده قرار میدهیمفو تلاش میکنیم آنها را از دید نوري
