بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله یک تابش لیزری کوکپذیر پیوسته - 4/7-4/8 µm - در ناحیهی بینابی فروسرخ میانه با ترکیب دو دیود لیزر با طولموجهای مرکزی 690 nm و 808 nm به ترتیب به عنوان لیزرهای دمش و سیگنال، بر مبنای تولید اختلاف فرکانس در طول 15 mm از بلور AgGaS2 تولید کردهایم. کوکپذیری لیزر تولید شده با استفاده از یک شیب ولتاژ برای هر یک از امواج فرودی دمش و سیگنال به همراه تثبیت دمای بلور تحت شرایط جورشدگی فازی نوع اول حاصل شده است. سپس لیزر تولید شده را مشخصهیابی کردهایم.
کلید واژه- تولید اختلاف فرکانس، جورشدگی فازی دمایی، لیزر فروسرخ میانه کد 250.0250 -140.0140 -190.0190 -020.0020 - PACS
-1 مقدمه
در ناحیهی طیفی فروسرخ میانه - 2-20ʽm - اکثر گازهای موجود در جو خطوط جذبی چرخشی-ارتعاشی قوی از خود نشان میدهند. اگر چشمهی لیزری مناسب در این ناحیه در دسترس باشد، ناحیهی فروسرخ میتواند بهترین انتخاب برای بیشینه کردن حساسیت در آشکارسازی گازهایی نظیر CO، CO2، NO و CH4 باشد. چشمهی لیزری مناسب برای این کار باید دارای ویژگیهایی همچون کوکپذیری پیوسته و گسترده، پهنای باند باریک و توان کافی باشد و نیز بتواند در دمای اتاق کار کند.[1] توسعهی چشمههای لیزری پیوسته و کوکپذیر در ناحیهی طیفی فروسرخ میانه برای بسیاری از کاربردها مورد نظر است. عمدهی کاربرد این روش در تشخیص انواع مواد شیمیایی و به طور خاص درتشخیص گازها است. از جملهی این کاربردها میتوان کاربردهای محیطی همچون پایش آلایندههای اتمسفری ،گازهای آتشفشانی و گازهای گلخانهای، کاربردهای صنعتی همچون تشخیص گازها در فرآیندهای صنعتی برای بهینه کردن فرآیندهای معین و همزمان کمینه کردن انتشار گازهای خطرناک در هنگام تولید مواد شیمیایی را نام برد. از دیگر کاربردها میتوان کاربردهای امنیتی و نظامی را نام برد.
همچنین این چشمههای لیزری در پیشیابی بیماری-هایی همچون زخم معده، سرطان روده و دیابت نیز نقش عمده ایفا میکنند.[3 ,2] چشمههای لیزری متعددی در ناحیهی طیفی فروسرخ میانه وجود دارند. این چشمههای لیزری شامل لیزرهای کلاس A و کلاس B هستند. از جملهی لیزرهای کلاس A میتوان لیزرهای نمک سربی1 ولیزرهای مرکز رنگی2 را نام برد. این لیزرها نیاز به سردسازی دارند که منجر به محدود شدن کارایی آنها می-شود.[1] لیزرهای CO2 و CO دیگر لیزرهای این کلاس هستند که مزیت استفاده از آن ها توانهای خروجی بالای آنها است. اما کوکپذیری این لیزرها پیوسته نیست.[4 ,2] از دیگر لیزرهای کلاس A می توان لیزرهای آبشار کوانتومی3 را نام برد که برای کار کردن به صورت پیوسته با پهنای باند باریک نیاز به سردسازی تا دمای نیتروژن مایع دارند. از طرفی گسترهی کوکپذیری محدودی دارند و واگرایی پرتو در این لیزرها زیاد است.[5] دستهی دیگر لیزرهای کلاس B هستند که بر پایهی فرآیندهای اپتیکی غیر خطی استوارند.
از مهمترین لیزرهای این گروه لیزرهای نوسانگر پارامتریک نوری 4 - OPO - و لیزرهای اختلاف فرکانس 5 - DFG - هستند. هر چند سیستم های OPO ساده هستند و دارای مزیت توان های بالاتر در تابش فروسرخ میانه هستند، اما تولید تابش خروجی با پهنای باند باریک و کیفیت طیفی بالا، نیاز به ساختار کاواکی پیچیده دارد. مزیت استفاده از DFG این است که کوکپذیری را گستردهتر می کند و نیاز به کاواک ندارد. بنابراین تولید اختلاف فرکانس هنوز یک تکنیک مهم برای تولید تابش لیزری با پهنای باند باریک و کوکپذیری گسترده در ناحیه فروسرخ میانه است.[7 ,6] در این مقاله یک لیزر اختلاف فرکانس را با استفاده از دو دیود لیزر، یکی با توان خروجی 35 mW به عنوان لیزر دمش و دیگری با توان خروجی 150 mW به عنوان لیزر سیگنال، در طول 15 mm از بلور 6AgGaS2 با برشی برای نوع اول جورشدگی فازی غیربحرانی، تولید کرده و خروجی آن را مشخصهیابی کردهایم.
-2 زمینه تئوری
مزیت استفاده از جورشدگی فازی دمایی این است که این روش نسبت به واگرایی پرتو که راندمان تبدیل را پایین می آورد، حساسیت کمتری دارد و همچنین زاویه جدایی7 - زاویه بین جهت انتشار بردار موج و جهت انتشار انرژی - برای این روش صفر است.[8] بلور استفاده شده در این برپایی یک بلور تکمحوری منفی با نام تایگولات نقره - AgGaS2 - است. بنابراین شرط جورشدگی فازی در حالی برآورده میشود که داشته باشیم: همچنین لیزر سیگنال نیز یک دیود لیزر پیوسته با توان خروجی 150mW و در طول موج مرکزی 808 nm می-باشد. برای برقراری شرط جورشدگی فازی همراستا، همپوشانی بیشینهی پرتوها در طول موثر بلور AgGaS2 با استفاده از یک دوربین CCD انجام شده است. پس از انتخاب مناسب قطبش پرتوهای دمش و سیگنال، پرتوهای یاد شده توسط یک عدسی مناسب درون بلور کانونی می-شوند. ضریب موثر غیرخطی این بلور نسبتاً بزرگ و برابر 17/5 pm/V میباشد که برای زاویه = 90 برش داده شده است. از یک کنترل کنندهی دما با دقت C 0 /1، برای کنترل دمای بلور جهت برقراری شرط جورشدگی فازی استفاده شده است. پرتو DFG تولید شده در ناحیهی MIR، پس از خروج از بلور یاد شده با استفاده از عدسی CaF2 روی آشکارساز کانونی شده و توسط یک فیلتر قطع از دو پرتو فرودی دمش و سیگنال جدا میشود. لیزر DFG تولید شده پس از عبور از یک تقویت کنندهی فازبستی در صفحه یک اسیلسکوپ قابل مشاهده است.
