بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله محاسبات مورد نیاز به منظور به دست آوردن یک لیزر Nd:YAG تکمد طولی با طولموج 1064 nm با استفاده از دو اتالون انجام شده و پارامترهای مؤثر در طراحی آن مورد تحلیل قرار گرفته است.
-1 مقدمه
تابش گسیل شده توسط بیشتر لیزرها، شامل چندین بسامد نوری مجزاست که توسط اختلاف بسامدهایی که دارای مدهای متفاوتی از بازآواگرهای نوری میباشند از هم جدا شدهاند. شماری از کاربردهای لیزری نظیر بینابنمایی با تفکیک بالا، رادار لیزری و حسگری دوربرد به لیزرهای تک-بسامد نیاز دارند. یکی دیگر از کاربردهای تکمد طولی، بهبود کیفیت سلول پراکندگی بریلوئن القایی1 است که شدیداً وابسته به طول همدوسی لیزر و در نتیجه پهنای بینابی خط لیزری دمنده است. معمولاً طول بازآواگرهایی که برای انواع لیزرها استفاده می-شود در مقایسه با طول موج بزرگ است و بهطور کلی تعداد زیادی مد طولی دارند. تلاشهایی برای محدود کردن تعداد مدهای نوسانی لیزرها انجام شده است. بعضی از فناوری-هایی که برای دست یافتن به لیزر تکمد بهکار میروند عبارتند از:
-1 اضافه کردن اتالون درون کاواک لیزر ]ض
-2 وارد کردن تیغهی چارکموجی2 درون کاواک ]ت[
-3 بهکار بردن بازآواگر با پیکربندی حلقوی خاص]3گ[
-4 قرار دادن گاف هوا بین مادهی فعال و یک مادهی ناهمگن ]ب[
-5 استفاده از صافی لیوت4 در کاواک لیزر شامل یک عنصر قطبشی و یک بلور دوشکستی ]ب[
-6 تزریق دانهای] 5پ[ که در اینجا ما مورد اول را انتخاب کردهایم و ابتدا محاسبات مربوط به تکاتالون و سپس محاسبات مربوط به دو اتالون را در داخل کاواک لیزری ارائه میدهیم.
-2 تکاتالون در کاواک لیزری
در لیزرهای با پهنشدگی همگن و ناهمگن، برای به دست آوردن تکمد طولی، با ایجاد اتلاف برای دیگر مدهای طولی میتوان مد موردنظر را به دست آورد که بدین منظور، عناصر درونکاواکی مانند اتالون را در کاواک بازآواگر وارد میکنیم]ژ[ که در شکل1 نشان داده شده است. یک اتالون با ضخامت d و بازتابندگی هر دو سطح R در نظر میگیریم.
-3 دو اتالون در کاواک لیزری
هرچه نمایهی بهره پهنتر باشد تعداد بسامدهای بیشتری در مادهی فعال لیزری تقویت میشود یعنی تعداد مدها بیشتر است. طبق رابطهی 3 - - ، عمل کردن اتالونها برای داشتن FSR بزرگ و پهنای طیفی کوچک، مشکل است. برای لیزرهایی با نمایهی بهرهی عریض - 30GHz - از دو اتالون که گسترههای بینابی متفاوتی دارند استفاده میشود. اتالون با FSR کوچکتر، مدهای طولی نزدیک به مد مرکزی را سرکوب میکند و اتالون دوم از نوسان مدهای طولی واقع شده در ناحیهی کناری نمایهی بهره جلوگیری میکند.
چون پهنای باند بهرهی لیزر Nd:YAG، 120 GHz است از دو اتالون استفاده کردیم. منحنیهای عبوردهی هر کدام از اتالونها و منحنی عبوردهی کل دو اتالون را بر حسب بسامد - با استفاده از معادلات مربوط به تکاتالون - توسط نرمافزار برای بازتابندگیها و ضخامت- های مختلف دو اتالون و زوایای فرود مختلف رسم کردیم و FSR و پهنای باند آنها را محاسبه کردیم و مقادیر بهینهای برای ضخامت و بازتابندگی دو اتالون و زاویهی فرود به دست آوردیم.
-4 بحث و نتایج
برای لیزر Nd:YAG با طولموج 1064 nm و طول بازاواگر - 100 cmفاصلهی مد طولی - 150 MHz =، آستانه برابر است با - G را برابر با 2 و اتلاف را - V 0/95 - 0/05 در نظر می-گیریم: همانطور که در بالا گفته شد، چون پهنای باند بهرهی لیزر Nd:YAG، 120 GHz است از دو اتالون استفاده کردیم که این اتالونها را به شرح زیر طراحی کردیم: جنس اتالونها شیشهای بوده که ضریب شکست آنها 1/5 میباشد. در طراحی اتالونها باید بیشینهی عبوردهی اتالونها بر حسب بسامد روی مد مرکزی نمایهی بهره قرار گیرد.
بنابراین d و را طوری انتخاب کردیم که این شرط را برقرار کنند. بدین ترتیب 3 به دست آمد - شکل-3الف - . برای اتالون1، d1 کوچکتری انتخاب کردیم تا FSR بزرگتری داشته باشد و از نوسان مدهای طولی واقع شده در ناحیهی کناری نمایهی بهره جلوگیری کند. کاهش d1 را تا آنجا ادامه دادیم که بیشینهی عبوردهی اتالونها روی مد مرکزی نمایهی بهره قرار گیرد - شکل-3ب - . هرچه d2 بزرگتر باشد FSR آن کوچکتر است و تعداد مدهای نوسانی بیشتر است. برای اتالون2، d2 بزرگتری انتخاب کردیم تا FSR کوچکتری داشته باشد و مدهای طولی نزدیک به مد مرکزی را سرکوب کند. اما افزایش d2 را تا جایی ادامه دادیم که تعداد مدهای نوسانی بیش از حدی که موردنیاز است افزایش نیابد - شکل-3پ - .
