بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله شبیه سازي لیزر رامان eye safe را بوسیله معادلات شدت غیرخطی کوپل شده انجام داده ایم و راه هاي بهینه کردن بازده طول موج مرتبه سوم استوکس را مورد بررسی قرار داده ایم و نتایج قابل توجهی از جمله وابستگی بازده به طول ماده فعال لیزر، شدت پالس ورودي و ضرائب انعکاس آینه هاي ورودي و خروجی بدست آورده ایم. در نهایت با بهینه کردن پارامترهاي ذکر شده، بازده حدود 70%را براي طول موج eye safe، 1/54 میکرومتر از لیزر Nd:YAG بدست آورده ایم.
-1 مقدمه
لیزرهاي eye safe کاربردهاي گوناگون و مهمی از جمله لیزر رادار، تصویر برداري هاي حساس و ریز، تشخیص موانع، تشخیص ذرات معلق در هوا، دورسنجی و بسیاري کاربرد دیگر دارند. تعاریف دقیق ایمنی چشم، محدوده چشم ایمن را به 1.5 ±.5 m محدود می کند. در این محدوده طول موجی تابش، علی رغم تابش در محدوده طول موجی400-1400 نانومتر که در شبکیه جذب می شوند، توسط مایع چشمی جذب می شود و مسلماَ آسیب هاي کمتري به چشم وارد می کند.[1]در معرض قرار گرفتن یک تک پالس با توان 1J / cm2در طول موج 1/54میکرومتر که طول موجی eye safe است، 400000 برابر ایمن تر از لیزر Nd:YAG در طول موج 1064 نانومتر می باشد.[2]
جابه جایی طول موج به ناحیه طول موجی eye safe از روش هاي متداول تولید لیزر eye safe است که از جمله این روش ها نوسانگر پارامتري اپتیکی - OPO - و روش جابه جایی رامان را می توان نام برد. OPO می تواند براي تولید تابش کوك پذیر با همدوسی بالا و محدوده فرکانسی وسیع استفاده شود. امروزه پراکندگی القایی رامان در ماده رامان حالت جامد توجه زیادي را به خود جلب کرده است. طراحی هاي مختلفی براي لیزرهاي رامان از جمله لیزر رامان خارج از کاواك و لیزر رامان داخل کاواك وجود دارد.
-2 تئوري
در محیط رامان، تحول شدت هاي پمپ و پرتوهاي استوکس بوسیله معادلات شدت کوپل شده براي لیزر رامان خارج از کاواك در حالت مانا با فرض اینکه پرتو در امتداد محور z انتشار می یابد.
-3 شبیه سازي در مرتبه سوم استوکس
در این مقاله شبیه سازي مرتبه سوم استوکس که طول موجی - 1/54 ʽm - eye safe از لیزر Nd:YAG با طول موج 1064 نانومتر را ایجاد می کند، انجام شده است. لیزر پمپ، مرتبه اول استوکس را ایجاد می کند و مرتبه اول استوکس به عنوان پمپ براي مرتبه دوم استوکس می باشد و بالاخره مرتبه دوم استوکس به عنوان پمپ جهت تولید مرتبه سوم استوکس می باشد.
بنابراین براي داشتن خروجی در استوکس مرتبه سوم، باید استوکس مرتبه اول و دوم به خوبی تقویت شده تا خروجی مناسبی در استوکس مرتبه سوم داشته باشیم، همچنین باید تأثیر عامل مزاحم استوکس مرتبه چهارم را به نحوي کم کنیم. با توجه به طیف جذبی بلور نیترات باریم، طول موج مرتبه چهارم استوکس در محدوده جذبی این بلور می باشد. پس در عمل این عامل مزاحم به طور خود به خودي حذف خواهد شد. در شبیه سازي در مرتبه سوم استوکس باید تأثیر این مؤلفه مزاحم را به وسیله ضرائب انعکاس آینه هاي کاواك محدود کرد.
هنگامی که پهناي پالس به اندازه کافی بزرگ باشد به طور تقریبی می توان از مشتقات زمانی صرف نظر کرد، بنابراین شبیه سازي را براي یک شبه پالس انجام می دهیم. این معادلات را به کمک روش رانگ کوتاي مرتبه چهارم براي حل معادلات دیفرانسیلی و با استفاده از نرم افزار متلب و با در نظر گرفتن شرایط مرزي به شکل عددي حل می کنیم.
در این شبیه سازي لیزر رامان را از نوع بیرون کاواکی در نظر گرفته و لیزر پمپ، لیزرNd:YAG با طول موج 1064 نانومتراست، ماده فعال در کاواك مستقلی از پمپ قرار دارد که ما بلور نیترات باریم را به دلیل ضریب بهره رامان بالا - 11 cm/GW در طول موج 1064نانومتر - انتخاب کرده ایم. انتخاب چنین کاواکی این امکان را فراهم می کند تا بتوان خروجی را به طور دلخواه از بین مرتبه هاي مختلف استوکس انتخاب کرد.
1-3 بهینه سازي بازده مرتبه سوم استوکس
در شکل - 1 - مشاهده می کنیم، با افزایش شدت پالس ورودي، بازده مرتبه سوم استوکس افزایش پیدا کرده و از لحظه به وجود آمدن مؤلفه چهارم استوکس به بعد با افزایش شدت ورودي، کاهش بازده را خواهیم داشت، به نظر می رسد که افزایش شدت صرف تقویت مؤلفه چهارم استوکس می شود. آستانه شدت براي طول هاي بیشتر، کمتر می باشد. نتیجه مهم دیگر این است که بیشترین بازده براي طول بزرگتر است.
