بخشی از مقاله
چکیده
آستیگماتیسم در مشددهای لیزری تاشده بدلیل دوکانونی شدن آیینه مشدد تحت تابش زاویه دار و جدایی پرتوهای افقی و عمودی، از اهمیت بسزایی برخوردار است. اگرچه این عیب را میتوان با تفاوت طول اپتیکی انتشار در ماده با برش بروستر جبران نمود. اما برای مشددهای بدون پنجره بروستر نیاز به روش دیگری است. در این پژوهش علاوه بر معرفی روش جبران سازی آستیگماتیسم در مشددهای تاشو بدون پنجره بروستر، به بیان روشی برای برطرف کردن این مهم در بازه ای از طولهای کانونی مختلف عدسی گرمایی می پردازیم. همچنین این روش جدید را در یک نمونه واقعی از چنین مشددهایی بکار خواهیم برد.
مقدمه
آستیگماتیسم یک نقص اپتیکی است که به واسطه آن کانون عدسی در دو مؤلفه عمودی و افقی متفاوت است؛ این نقص درطراحی سامانههای اپتیکی باید برطرف گردد .[1] در مشددهایلیزری تاشده طول کانونی - - f آیینه مشدد، تحت تابش زاویهدار به دومولفه افقی و عمودی - به ترتیب - fS , f T به صورت تقسیم میشود .[2] این مهم که باعث جدایی پرتوهای افقی و عمودی در تشدیدگر لیزر تاشده میشود، آستیگماتیسم ایجاد میکند. در نتیجه جبران سازی آستیگماتیسم در این نوع از مشددهااز اهمیت ویژهای برخوردار است .[2-3] این عیب را میتوان با توجه به تفاوت طول اپتیکی انتشار در ماده با برش بروستر، جبران نمود .[4-5] اما برای مشددهای بدون پنجره بروستر نیاز به روش دیگری داریم. در این مقاله ابتدا به معرفی یکی از روشهای جبرانسازی آستیگماتیسم در مشددهای تاشو بدون پنجره بروسترمیپردازیم.
سپس با توجه به نقش مهم عدسی گرمایی ماده بهره در لیزر، به بیان روشی برای برطرف کردن این مهم در گسترهای از طولهای کانونی مختلف عدسی گرمایی میپردازیم و در نهایت این روش جدید را در یک نمونه واقعی از چنین مشددهایی بکارخواهیم برد.جبرانسازی آستیگماتیسم مشددهای تاشده چیدمانی مطابق شکل 1، برای یک تشدیدگر لیزری تاشده در نظر گرفته میشود. از این چیدمان برای لیزرهای پیکوثانیه نیز کهتوسط آیینههای نیمه هادی جاذب اشباع پذیر1 ساخته میشوند،استفاده میشود .[6-8] کمیتهای مختلف این چیدمان، در جدول 1 معرفی شده است .[9] در میان این کمیتها باید با انتخاب مناسب فاصله دو تشدیدگر مرکزی و زاویه برخورد پرتو به آیینه دوم کاری کنیم که شعاع لکه پرتو و جبهه موج آن بعد از بازتاب از آیینه دوم برای دو مولفه افقی و عمودی یکسان گردد.
مقدار کمیتهای جدول 1 را برای نمونه مشابه مقاله [9] انتخاب میکنیم. شمای اپتیکی کمر پرتو و جبهه موج آن در قسمتهای مختلف تشدیدگر در شکل 2 آمده است. همچنان که از این شکل مشخص است، دو پرتو افقی و عمودی که بصورت تخت از آیینه انتهایی بازتاب می نمایند، تا برخورد به آیینه اول دارای شعاع لکه و انحنای جبهه موج برابری هستند.برخورد به آیینه اول تحت زاویه 4o موجب جدایی پرتوهای افقی و عمودی از یکدیگر میگردند. همچنان که در شکل مشخص است، با انتخاب مناسب طول تشدیدگر مرکزی میتوانیم کاری کنیم که شعاع لکه نوری برای دو پرتو افقی و عمودی دقیقا قبل ازبرخورد به آیینه دوم یکسان گردد. سپس با انتخاب مناسب زاویه برخورد پرتو به آیینه دوم جبهه موج دو پرتو افقی و عمودیدقیقاً،بعد از بازتاب از آیینه دوم یکسان میگردد.
سپس دو پرتو افقی وعمودی که دارای شعاع لکه نوری و انحنای جبهه موج یکسانی هستند، باید فاصله مناسبی را بپیمایند تا در یک جبهه موج تخت به آیینه خروجی لیزر برسند. این روند در هر رفت و یا برگشت پرتودر طول کاواک تکرار میگردد و همواره جبهه موج پرتو در آیینه های انتهایی و خروجی تخت خواهد بود که از اعوجاج پرتو درون تشدیدگر جلوگیری می نماید. در نتیجه توسط این فرایند جدایی دو پرتو افقی و عمودی و آستیگماتیسم جبران میگردد.حال میتوان برای یک چیدمان تشدیدگر لیزر پیکوثانیه، آیینه نیمه هادی جاذب اشباع پذیر را بعنوان یک از آیینههای تخت در نظرگرفت و ماده بهره وانادایت1 که یک طرف آن با لایه ای با بیشینه بازتاب 1064nm پوشیده شده است را در محل آیینه انتهایی قرار داد.
در این حالت ماتریس انتقال ماده بهره به طول Lr و ضریب شکست nr بعلت وجود عدسی گرمایی - - fth را میتوان به صورت بیان کرد .[10]همچنین در توانهای داخلی 3W 18W که مناسب یک تشدیدگر پیکوثانیه است، میتوان میانگین طول کانونی عدسی گرمایی با توجه به مقادیر جدول 2 را مطابق رابطه و شکل3، تقریبا 50mm در نظر گرفت. در رابطه - - 3 Pinput / 3 PT ، درصد توان داخلی تشدیدگر است که به گرما تبدیل میشود و wp ، شعاع لکه پرتو پمپ است. در این رابطه ضریب 4 *106 W / m انتخاب میشود .[11] با توجه به ضریب هدایت گرمایی وانادایت بدست میآید. این طول کانونی را میتوان در عدسی گرمایی ماده بهره تعریف نمود.
جهت بررسی انتشار پرتو از روش ماتریس ABCD استفادهمیکنیم .[12] در این حالت با توجه به شکل4 طول تشدیدگر مرکزی دقیقاً جایی است که شعاع لکه نوری در دوصفحه افقی و عمودی بر روی آیینه M 2 یکسان میگردد. و زاویه برخورد پرتوبه همین آیینه، دقیقا مقداری است که انحنای جبهه موج دو پرتو افقی و عمودی بعد از آیینه یکسان میگردد. تصحیح نمود. بدین ترتیب مقادیر محاسبه شده طول تشدیدگر مرکزی و زاویه برخوردپرتو به آیینه M2 در جدول 1 آمده است.برای چیدمانی مطابق شکل1 و مقادیر جدول1 تغییرات شعاع لکه پرتو بر روی SESAM، هنگامی که لکه پرتو بر روی کریستال بهره دقیقا 180 m و تخت است، به ازای طولهای کانونی مختلف عدسی گرمایی ماده بهره در شکل5 آمده است. اینمیزان تغییرات که کمتر از %10 میزان اصلی شعاع لکه پرتو بر روی
SESAM است؛ این موضوع برطرف شدن نقص آستیگماتیسم
