بخشی از مقاله
چکیده
دراین مقاله سعی شده جاذب اشباعپذیری از جنس اکسید گرافن با روش تبخیر عمودی بر روی بستر شیشه ای - BK7 - تهیه و به منظور تولید قطاری از پالسهای قفل شده مد به کار رود. برای این منظور نمونه جاذب اشباعپذیر تهیه شده را به طور مناسب در کاواک w شکل یک لیزر پیوسته Nd : YVO4 قرار میدهیم. با تنظیم توان پمپکننده این لیزر و تعیین مشخصات پرتو گاوسی داخل این کاواک بخصوص قطر لکه بر روی نمونه جاذب اشباعپذیر موفق به تولید قطاری از پالس های قفل شده مد در پرتو خروجی این لیزر حالت جامد شدهایم.
مقدمه
انفعالی به طور گسترده به کار میرود. آینههای جاذب اشباعپذیر روشی که برای تولید پالسهای کوتاه در محدوده پیکوثانیه و نیمهرسانا1 یک قفل کننده مد استاندارد در لیزرهای حالت جامد فمتوثانیه استفاده میشود قفل شدگی مد است. برای تولید این پالسهای فوقسریع، جاذب اشباعپذیر بهعنوان قفل کننده مد 6 Semiconductor Saturable Absorber Mirrors فوقسریع هستند 1] و.[ 2 با این حال ساخت آن پیچیده وگران است.
چنین محدودیتهایی باعث گسترش تحقیقات بر روی مواد جدید شده است. نانولولههای کربنی تکدیواره بهعنوان جاذب اشباعپذیر جدید عملکرد با کیفیتتری را فراهم میکند. زمان بازیابی در حد پیکوثانیه وپایداری شیمیایی و مکانیکی آن بالاتر است. از بعد از اولین نمایش قفل شدگی مد توسط نانولولههای کربنی در لیزرهای فیبری در سال 2004؛ در سالهای اخیر جاذب اشباعپذیر نانولوله های کربنی در لیزر فیبری و لیزر حالت جامد قفل شده مد به کار گرفته شده است.
در گرافن گاف انرژی صفر است، بنابراین طیف جذب آن خیلی پهن است. در مقایسه با نانولوله گرافن کشش سطحی کمتری دارد که باعث میشود آستانه تخریب بالاتری به نسبت نانولوله داشته باشد .[3] تحقیقات اخیر نشان داده که گرافن دارای زمان بازیابی فوقسریع 4] و [5 و شدت اشباع آن پایین است .[6] با توجه به این خواص منحصربهفرد و هزینه ساخت پایین، گرافن به یک جاذب اشباعپذیر ایدهآل برای کاربرد در لیزر تبدیل شده است .[7] از طرفی گرافن با کیفیت بالا با روش لایهنشانی بخار شیمیایی2 بدست میآید که هزینهبر و انتقال آن بر روی بستر کوارتز پیچیده است.
اکسید گرافن3 نوع دیگری از مواد بر پایه گرافن است که به عنوان یک پیشماده برای تولید گرافن، در نظر گرفته میشود زیرا ساخت آن آسان و هزینه تولید پایین است و میتوان به مقدار انبوه از آن تولید کرد. پراکندگی و جدا کردن ورقههای نانو اکسید گرافن در آب با توجه به ساختار آن و آبدوست بودن آسانتر است که منجر به افزایش بازده رسوب اکسید گرافن بر روی بستر با روش تبخیر عمودی میشود .[8] در این مقاله اکسید گرافن به روش تبخیر عمودی با غلظت های مختلف بر روی بستر BK7 لایهنشانی شد و سپس بهعنوان جاذب اشباعپذیر به منظور تولید پالسهای کوتاه در کاواک لیزرحالت جامد Nd : YVO4 به کار برده شد.
نحوه ساخت نمونههای جاذب اشباعپذیر
در این جا ما از پودر اکسید گرافن که به روش هامر4 تهیه شده استفاده کردیم. روش مذکور شامل اکسید کردن گرافیت در حضور اسیدها و اکسیدکنندههای قوی است. در ابتدا چند میلیگرم از پودر اکسید گرافن در محلول آبکی SDS % 0/1، یک فعالکننده سطحی، ریخته میشود. برای بدست آوردن جذب بالا در اکسید گرافن پراکنده شده در آب، مخلوط به مدت 10 ساعت توسط امواج فراصوتی تکان داده میشود. پس از فرآیند به هم زدن، مخلوط حاوی اکسید گرافن در سانتریفیوژ قرار میگیرد. این مرحله جهت جداسازی و حذف تودههای بزرگ اکسید گرافن است. سپس مقداری از مخلوط اکسید گرافن درقالب پلیاسترن - قالب مکعبی شکل - ریخته میشود.
بستر آبدوست BK7 که با الکل، استون و آب مقطر توسط دستگاه آلتروسونیک کاملاً تمیز شده است، به صورت عمودی در قطر مکعب قرار گرفته و نانوذرات اکسید گرافن با تبخیر تدریجی به طور یکنواخت بر روی دوطرف بستر نشانده میشود - شکل 1 الف - . مدت زمان خشک شدن نمونهها به طور متوسط 16 روز است. برای این که این نمونه ها بتوانند به خوبی درون کاواک به عنوان جاذب اشباعپذیر عمل کنند باید در فضای تمیز وعاری از گرد وغبار ساخته شوند که همه این فرآیندها روی میز تمیز انجام شد. درصد عبور برای اکسید گرافن با غلظت 1/25 میلیگرم در 10 میلیلیترآب مقطر، تقریباً 77 درصد است در صورتی که در همین طول موج، درصد عبور برای اکسید گرافن با غلظت 2/5 میلیگرم در 10 میلیلیتر آب مقطر، حدود 61 درصد است. پس جاذبهای ساخته شده از اکسید گرافن با غلظت کمتر برای فرآیند قفل شدگی مد مناسب میباشند.
چیدمان لیزر
برای انجام آزمایش قفل شدگی مد مربوط به جاذبهای اشباع پذیر ساخته شده از اکسید گرافن از یک چیدمان W شکل استفاده شده است - شکل. - 3 در این چیدمان از کریستال Nd : YVO4 به ابعاد 3×3×10 میلیمتر مکعب، که سطح ورودی آن دارای لایه نشانی بازتاب بالا در 1064 نانومتر است، بهعنوان محیط بهره استفاده شده است.کل طول چیدمان نیز تقریباً برابر با 1200 میلیمتر میباشد. طبق محاسبات براساس روش ABCD قطر لکه بر روی جاذب اشباعپذیرکه بین آیینه M 3 و M 4 نزدیک به آیینه M 4 قرار میگیرد، تقریباً برابر با 54 میکرومتر میباشد که انتظار میرود شدت آستانه - شدت اشباع - لازم برای برانگیخته کردن اکسید گرافن، برای به وجود آمدن قفل شدگی مد در چیدمان را ایجاد کند. مشخصات چیدمان در جدول 1 آورده شده است.
پس از تست نمونهها همانطور که در شکلها دیده میشود قفل شدگی مشاهده شد. شکل 4 پرتو خروجی لیزر بر روی اسیلوسکوپ بدون گذاشتن جاذب اشباعپذیر درون کاواک است وشکل 5 پرتو خروجی لیزر بر روی اسیلوسکوپ بعد از گذاشتن جاذب در مقیاسهای زمانی مختلف را نشان میدهد. با مقایسه شکل 4 و شکلهای 5 میتوان دریافت که با حضور جاذب اشباع پذیر در کاواک لیزر Nd : YVO4 پرتو پیوسته لیزر اصلی - شکل - 4، از حالت یک پرتو پیوسته - cw - و یکنواخت درآمده و تبدیل به قطاری از پالسهای منظم شده است که با نتایج مقاله مرجع [9] که برای همین لیزر برای چیدمان دیگری انجام شده تطابق خوبی دارد.
