بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق سعی شده است که با حل عددی معادلات نرخ در لیزر با سوئیچ انفعالی، وابستگی پارامترهای خروجی لیزر مانند پهنای زمانی و انرژی تپ به طول ماده جاذب و بازتابندگی آینه خروجی بدست آورده شود. نتایج بدست آمده نشان میدهد که با زیاد شدن طول ماده جاذب، انرژی و پهنای تپ افزایش مییابد. درحالیکه با افزایش بازتابندگی آینه خروجی، انرژی تپ کم و پهنای آن زیاد میشود.
کلید واژه لیزر Nd:YAG، سوئیچ Q انفعالی، جاذب اشباع پذیر، معادلات نرخ کد 140.0140 - PACS
مقدمه
تپ های با پهنای تقریبی نانو ثانیه و کمتر از آن که دارای توان پیک بالا و سرعت تکرار زیاد هستند در اپتیک غیر خطی کاربرد های فراوانی دارند. میکرولیزرهای انفعالی سوئیچ با پمپاژ دیودی قابلیت ایجاد چنین تپ هایی را دارند و در عین حال از مزیت هایی چون سادگی، کم حجمی، قیمت پایین و بازدهی بالا نیز برخوردارند. بنابراین در سالهای اخیر تلاش های زیادی برای بهینه سازی ها با پمپاژ دیودی انجام شده است.
تکنیک سوئیچ انفعالی بوسیله المان های اشباع داخل کاواکی مثل بلور های ، نیمه هادیها و فابری پروهای غیر تشدیدی ایجاد می شوند. اخیرا استفاده از به عنوان جاذب در لیزرهای بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از میان پارامترهای موثر در انرژی وپهنای تپ خروجی این لیزرها، میتوان به طول کاواک، مشخصههای ماده جاذب، و ضریب انعکاس آینهها اشاره کرد. در ساخت میکرو لیزرهای مذکور، این پارامترها طوری انتخاب میشوند، که پهنای زمانی تپ کمتر از 1 ns و قله توان حدود 10 kW شود.
گذارهای ممکن می توانند بین ترازهای 0-2، 2-1، 1-0، 3-1 و 1-3 صورت گیرند. گذارهای 2-1 و 3-1 سریع هستند در حالیکه گذار 1- 0 بسیار کند صورت می گیرد. هر دو گذار 0-2 و 1-3 در اثر جذب طول موج لیزر اتفاق افتاده و دارای سطح مقطع جذب 13 و 24 می باشند. در این مدل تنها ترازهای 0 و 1 دارای جمعیت تراز قابل توجهی هستند. برای ماده ای که مناسب کلیدزنی Q غیرفعال است، سطح مقطع جذب حالت زمینه باید بزرگ باشد توأماً طول عمر سطح بالایی به اندازه کافی بزرگ باشد تا قادر به تخلیه حالت زمینه با تابش لیزر باشد.
هنگامی که یک جاذب در داخل کاواک قرار میگیرد تا زمانی که شار فوتونی برای وارونی جمعیت تراز زمینه کافی نبا شد برای تابش لیزر کدر خواهد بود. اگر تراز بالایی به اندازه کافی جمعیتدار شود جاذب در مقابل تابش لیزر شفاف میشود.
نتایج و بحث
تغییرات شدت و چگالی جمعیت معکوس در محیط فعال بر حسب زمان. برای بهینه سازی پارامترهای مشخصه لیزر، تأثیرات تغییر طول ماده جاذب و ضریب انعکاس آینه خروجی بر پهنا و انرژی تپ لیزر مورد بررسی قرار گرفت. پهنا و انرژی محاسبه شده تپ لیزر بر حسب طول ماده جاذب آورده شده است. شدن طول ماده جاذب، پهنا و انرژی تپ هردو افزایش مییابند. با افزایش طول جاذب و به تناسب آن افزایش تعداد الکترونهای موجود در تراز برانگیخته، مدت زمانی که جاذب در حالت شفاف باقی میماند زیاد شده و به تبع آن پهنای زمانی تپ افزایش مییابد. همچنین زیاد کردن طول ماده جاذب و در نتیجه آن افزایش میزان اتلاف تشدیدگر، موجب بالا رفتن جمعیت معکوس اولیه در محیط فعال شده که این پدیده باعث افزایش انرژی تپ لیزر خواهد شد.
پهنا و انرژی محاسبه شده تپ لیزر بر حسب طول ماده جاذب در توان پمپاژ
تغییرات پهنا و انرژی تپ را نسبت به انعکاس آینه خروجی نشان میدهد. انرژی خروجی به طور مستقیم در انرژی فوتون های داخل کاواک به دست میآید و به همین دلیل با افزایش ضریب انعکاس آینه خروجی انرژی تپ کاهش مییابد. اما هنگامی که انعکاس آینهها زیاد میشود تعداد فوتونهای داخل کاواک افزایش یافته و میزان جذب تراز برانگیخته ماده جاذب بالا میرود که این مسأله باعث افزایش بازه زمانی کلیدزنی و در نتیجه افزایش پهنای تپ لیزر میشود.
