بخشی از مقاله
چکیده
دو شکستی القایی گرمایی - TIB - در میله لیزر از آثار گرمایی زیانباري است که کیفیت پرتو خروجی را کاهش داده و سبب اتلاف ناشی از واقطبش پرتو در تشدیدگرهایی با پرتو قطبیده می شود. در تحقیق حاضر براي نخستین بار، از روش کلارکسون براي کاهش TIB در یک تشدیدگر تلسکوپی با محیط فعال Nd:Glass استفاده شده است. تجربه نشان می دهد که بدین طریق دوشکستی گرمایی با انرژي دمش 100 ژول و آهنگ تکرار تا 1 هرتز به کمتر از یک سوم کاهش یافته و بدین ترتیب آرایش اپتیکی مناسبی با پایداري و کیفیت پرتو مطلوب بدست می آید.
کلید واژه- دو شکستی القائی گرمایی، تشدیدگر تلسکوپی پایدار، محیط فعال حالت جامد
.1 مقدمه
بروز گرماي ناشی از دمش محیط فعال از مهمترین عوامل کاهش کیفیت پرتو و بازدهی در لیزرهاي حالت جامد به شمار می آید. از یک سو عدسی گون شدن محیط فعال که از بستگی شعاعی دما در میله لیزر ناشی می شود می تواند تشدیدگر اپتیکی را از حالت پایدار خارج نماید و از سوي دیگر بروز تنش گرمایی سبب دو شکستی شدن محیط فعال افزایش تلفات حاصل از واقطبش می گردد. براي جبران نمودن هر یک از اثرات مذکور روشهاي گوناگونی پیشنهاد شده است. براي مثال می توان از تشدیدگر نیمه هم کانونیتشدیدگر پایدار با آینه هاي محدب- مقعر براي حفظ پایداري هندسی تشدیدگر نام برد.
تشدیدگر پایدار حاوي تلسکوپ [1-2] نیز یکی از روش هاي موثر و کارآمد برايجبران عدسی گرمایی به شمار می آید. دوشکستی القائی گرمایی - TIB - می تواند بازدهی سیستم لیزر حاوي عناصر وابسته به قطبش را بویژه در آهنگ تکرار بالا تا حد قابل ملاحظه اي کاهش دهد. متاسفانه جبران تلفات ناشی ازTIB در محیط هاي فعال همسانگرد و فاقد دو شکستی طبیعی نظیر Nd:YAG و Nd:Glass بسادگی و بطور کامل میسر نیست. در تحقیق حاضر براي نخستین بار کاربرد جبران سازي TIB به کمک تیغه ربع موج به روش کلارکسون [7] براي تشدیدگر تلسکوپی با محیط فعال Nd:Glass مورد بررسی و تجربه قرار می گیرد.
.2 تشدیدگر تلسکوپی
در این بخش به اختصار به ارائه مهمترین روابط لازم براي تحلیل تشدیدگر تلسکوپی پایدار با استفاده از تقریب پرتو گاوسی می پردازیم.[1] روابط تعمیم یافته - 3 - و - 8 - براي نخستین بار در این مقاله بدست آمده اند که تکمیل کننده محاسبات مرجع 1 می باشد. شکل 1 تشدیدگر تلسکوپی حاوي محیط فعالAM دستخوش اثرات گرمایی ناشی از دمش را نشان می دهد. جهت بررسی نقش تلفات حاصل از بروز دوشکستی گرمایی قطبی کننده گلن GT در میان تشدیدگر و پس از تلسکوپ Tel قرار دارد. روزنه FLAبراي نوسان تشدیدگر بر روي مد پایه بکار می رود و تنها در صورت نیاز مورد استفاده قرار می گیرد. روزنه FLA براي ایجاد تمایز کافی میان تلفات پراشی مد پایه TEMoo و TEM1o بکار می رود. تلسکوپ، عدسی گرمایی میله لیزربا فاصله کانونی fR و آینه خروجی را می توان بصورت مجموعه اي از عدسی ها در نظر گرفت که به فاصله L′ ازBM واقع شده اند. با خارج کردن تلسکوپ از حالت همکانونی به مقداربهینه δopt می توان اندازه لکه خروجی را بر روي OC ثابت نگه داشت. بدین ترتیب حجم مدي درون محیط فعال و توان خروجی لیزر از گرماي پدید آمده در آن مستقلمی شود و تشدیدگر در ناحیه پایدار باقی می ماند.
براي تحلیل تشدیدگر تلسکوپی پایدار، با توجه به شکل 1می توان از ماتریس پرتو براي انتشار میدان اپتیکی از آینهBM به OC بهره گرفت، رابطه f1 . - 1 - و f2 فاصله کانونی عدسی هاي تلسکوپ می باشند. R1 وR2 به ترتیب شعاع انحناي آینه BM و OC هستند. با تعریف نمودن پارامتر هاي تعمیم یافته براي پایداري هندسی تشدیدگر،G1 وG2 ، می توان ماتریش تک عبور را به صورت زیر نوشت.[5]با انجام عملیات ضرب ماتریس ها در - 1 - و قرار دادن ، که در عمل شرط چندان محدود کننده اي براي طراحی یک تشدیدگر تلسکوپی نمی باشد،G 1 و G 2 با رابطه - 3 - و - 4 - داده می شوند که در آنها Mضریب بزرگنمایی هندسی تلسکوپ است .ماتریس پرتو مربوط به تلسکوپ را می توان به صورت حاصلضرب ماتریس انتشار براي فاصله اي به طول −f1 یک تلسکوپ بدون ضخامت با بزرگنمایی M ، عدسی با فاصله کانونی fT و ماتریس انتشار براي فاصله −f2 نوشت. fT با - 7 - داده می شود.[1]
اگر آینه هاي تشدیدگر تخت باشند، در اینصورت مقدار انحراف لازم از حالت همکانونی براي تلسکوپ جهت به حداقل رساندن حساسیت تغییر اندازه لکه خروجی به تغییرات fR با رابطه - 8 - بیان می شود.فاصله کانونی عدسی گرمایی در یک میله استوانه اي شکل که سطوح جانبی آن در دماي ثابت قرار دارد و گرما با نرخ ثابتی در واحد حجم آن پدید می آید، بدلیل بستگی درجه دوم دما و در نتیجه ضریب شکست به موقعیت شعاعی بهشکل زیر به میانگین توان مصروف شده در لامپ Pin وابسته است.[5] ηمتناسب با بازدهی دمش است و kf تابعی از ضرایب اپتومکانیکال محیط فعال و ar شعاع میله لیزر است. براي میله Nd:Glass ، kf 1/ 2×10−5 cmW−1 و η0/05مورد استفاده قرار گرفت. شکل 2 رفتار fR و δopt را برحسب Pin نشان می دهد. بستگی اندازه لکه بر روي آینههاي تشدیدگر به میانگین توان دمش از طریق عناصر ماتریس پرتو براي تک عبور بدست می آید، شکل.2 فواصلکانونی عدسیهاي تلسکوپ -8/5 و 17 سانتیمتر،L1 ، 2 L و L به ترتیب 21/5، 14 و39/5 سانتیمترهستند. شکل 2 نشان می دهد که براي تلسکوپ همکانون،δ 0، تشدیدگر تا توان دمش160 وات در ناحیه پایدارباقی می ماند.
.3 جبران سازي دوشکستی القائی گرمایی
دوشکستی شدن محیط فعال به دلیل بروز تنش ناشی از گرما در محیط، سبب تغییر ضریب شکست در راستاي شعاعی و مماسی در هر نقطه درون میله لیزر می شود. از این روي میدان قطبیده ورودي به میله لیزر دستخوش اختلاف فاز وابسته به موقعیت شعاعی و توان گرمایی جذب شده در واحد حجم محیط Pa میشود، رابطه - CT . - 11 تابعی از ضرایب تانسور الاستواپتیک وتنش می باشد.[6]با استفاده از روش ماتریس هاي جونز می توان تلف یک گردش کامل ناشی از تغییرات قطبش میدان ورودي به میله لیزر پس از بازتاب از آینه خروجیOC و عبور مجدد از میله لیزر و بازتابش از قطبی کنندهGT را محاسبه کرد، رابطه با قراردادن یک تیغه ربع موج میان آینه خروجی و میله لیزر، شکل 1، بنحوي که بردار قطبش میدان ورودي در راستاي یکی از محورهاي تیغه ربع موج باشد، تابع تلف براي یک گردش کامل با رابطه - 13 - داده می شود8]و.[7 رابطه - - 13نشان می دهد که تلفات در راستاي ±45 راستاي محورهاي تیغه صفر است ، بدین ترتیب تلفات کل که باانتگرالگیري از - f - r ,ϕ بر روي سطح مقطع میله لیزربدست می آید در مقایسه با تشدیدگر فاقد تیغه ربع موج
