بخشی از مقاله
چکیده - لیزر فیبری دوغلافی آلاییده به نئودمیوم را با استفاده از معادلات نرخ بصورت عددی حل کرده و توزیع توان دمش و سیگنال لیزری در طول فیبر را نشان دادهایم. نتایج نشان میدهد که توان خروجی لیزر به صورت خطی با توان دمشی و ضریب بازتاب R1 تغییر میکند و برای طولهای بزرگتر از 75 متر توان خروجی بصورت خیلی ناچیزی افزایش مییابد و در انتها برای ضریب بازتاب R2 مقدار بهینهای بدست آوردهایم.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر لیزرهای فیبری دوغلافی آلاییده شده به عناصر خاکی کمیاب توجه زیادی را به خود جلب نمودهاند. این نوع لیزرها مزایای ویژهای از جمله: توان خروجی بالا، بازده تبدیل بالا، هزینه پایین، کیفیت باریکه عالی و بالا بودن نسبت سطح به حجم نسبت به سایر لیزرهای حالت جامد دارند 1]و.[2 به همین دلیل دارای کاربردهای فراوانی در حوزههای پزشکی، نظامی، صنعت و مخابرات نوری می باشند .[1] تاکنون از این لیزرها خروجی بیشتر از 6kW گزارش شده است .[3]
بیشتر محققان برای بررسی این نوع لیزرها از محاسبات تئوری و نظری استفاده میکنند و بدین منظور حل عددی و تحلیلی معادلات آهنگ از اهمیت ویژهای برخوردار است2]، 4 و .[5 بدلیل اینکه معادلات آهنگ در لیزرهای فیبری دوغلافی آلاییده شده به نئودمیوم غیر خطی هستند برای بررسی با دقت بالا در این مقاله از حل عددی استفاده کردهایم و توزیع توان-های سیگنال رفت و برگشتی و توان دمشی در طول فیبر، تاثیر توان دمشی وضرایب بازتابندههای ورودی و خروجی لیزر بر توان خروجی لیزر مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته شده است.
-2 معادلات نرخ
یک لیزر فیبری دوغلافی آلاییده به نئودمیوم به طول L مطابق شکل 1 در نظر میگیریم بطوریکه دمش به درون غلاف داخلی و سیگنال در مغزی فعال که با عنصر نئودمیوم آلاییده شده است تولید و تقویت میشود. معادله اول وابستگی جمعیت یونهای Nd+3 در تراز بالا، N2 - z - ، به توان باریکههای لیزری همسو و ناهمسو P+s - z - - و - P-s - z - و توان باریکه دمشی همسو - P+p - z - - در طول فیبر نشان میدهد. معادلات دوم و سوم بیانگر تغییرات توان-های دمش و لیزر در حالتهای رفت و بازگشتی با جمعیت تراز بالایی یون عنصر خاکی میباشند.
بطوریکه N غلظت آلاینده یون عنصرخاکی در مغزی با سطح مقطع A میباشد. p و s فاکتورهای همپوشانی توان دمش و سیگنال میباشند. ep وap سطح مقطع گسیل و جذب نور دمشی هستند، از طرفی as es سطح مقطع گسیل وجذب نور لیزر میباشند. p فرکانس نور دمش و s فرکانس نور لیزر هستند. طول عمر خودبخودی است. h ثابت پلانک، p و s ضرایب پراکندگی نور دمش و لیزر هستند که این ضرایب به z وابسته هستند. با توجه به حضور بازتابندههای براگ، شرایط مرزی حاکم بر این سیستم طوری است که باعث می شود لیزر فقط طول موج s را تقویت کند. این شرایط مرزی به این صورت هستند.
-3 نتایج حاصل از حل عددی
شکل 2 تغییرات توان دمش P+p - z - و توانهای سیگنال رفت و برگشتی - P+s - z - - و - - P-s - z برای پیکربندی دمش همسو - P+p - z - =20 - را نشان میدهد. با توجه به شکل، باریکه-های نور دمش در طول فیبر بصورت نمایی تضعیف میشوند و ملاحظه میشود توان سیگنال همسو بسرعت افزایش مییابد و بیشتر طول فیبر در توان بالایی نگه داشته میشود. مطابق شکل 3 برای فیبر به طول 50 متر با افزایش توان دمشی، توان خروجی نیز افزایش مییابد. بازده اپتیکی تقریبا 54/64 درصد میباشد. با محاسبه توان خروجی برای فیبرهای با طولهای مختلف، طول بهینه را بدست میآوریم. شکل 4 توان خروجی لیزر بر حسب طولهای مختلف برای پیکربندی دمش همسو را نشان میدهد. - توان دمش را 20W در نظر گرفتهایم.
