بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله چیدمان بیرون کاواکی برای لیزر تیتانیوم سفایر پالسی کوک پذیر معرفی شده، معادلات نرخ برای آن حل و چیدمان تجربی آن برپا شده است. نتایج تجربی حاصل از کاواک بیرونی با نتایج بدست آمده از چیدمان درون کاواکی مقایسه میشود. پمپ این بلور به صورت طولی توسط یک لیزر Nd:YAG هارمونیک دوم -Q سوئیچ با نرخ تکرار 10Hz انجام میشود و یک منشور به عنوان انتخابگر طول موج در این لیزر به کار رفته است. هنگامی که انرژی پمپ 15mj به ازای هر پالس بود، پالسهای خروجی با 1/6 mj و 2/4 mj به ترتیب برای دو چیدمان درون کاواکی و بیرون کاواکی بدست آمدهاند. طول موج خروجی این لیزر بیش از 140nm کوک شده است.
مقدمه
بلور سفایر بدلیل ویژگیهای اپتیکی، مکانیکی و حرارتی عالی، همچنین شفاف بودن آن در بازه فرابنفش تا مادون قرمز مورد توجه قرار گرفته است و امکان ساخت لیزرهای توان بالا را فراهم میآورد. در سال 1982 پیتر مولتن با جایگزین کردن یون تیتانوم به جای کروم در بلور Cr:Sapphire اولین لیزر پهن کوک پذیر تیتانیوم سفایر را ساخت.[1]
مهمترین مزیت این لیزر، نوار فلورسانس ارتعاشی پهن آن است که تنظیم پذیری در محدوده طول موجی 660-1100nm را ممکن میسازد و در اصل پهنترین ناحیه بهره را با سطح مقطع گسیل القایی نسبتاً بزرگی در بین تمام لیزرها دارد. طیف جذبی بلور تیتانیوم سفایر بین 400-600nm میباشد که قله آن در 495nm قرار دارد. علت این پهنای طیف جذبی و گسیلی به ساختار ترازی بلور تیتانیوم سفایر برمیگردد. بین ترازهای الکترونی یون تیتانیوم و ترازهای فونونی بلور سفایر، یک جفت شدگی اتفاق میافتد که منجر به پهن شدن ترازهای الکترونی شده و گذار لیزری، بین این ترازهای انرژی انجام میشود.
پمپ این لیزر به صورت اپتیکی انجام شده و بسته به پالسی یا پیوسته بودن میتوان از لیزرهای Nd:YAG و Nd:YLF هارمونیک دوم، لیزر بخار مس و یا لیزر آرگون استفاده کرد.[2] اصلیترین مشکل لیزر تیتانیوم سفایر،طول عمر فلورسانس نسبتاً کوتاه 3/2 V در دمای اتاق است که استفاده از فلش لامپ به عنوان پمپ را دشوار میکند.[3] در این مقاله لیزر تیتانیوم سفایر با پمپ پالسی به صورت تجربی و نظری مورد مطالعه قرار گرفته است. چیدمان لیزر کوک پذیر سفایر با روش بیرون کاواکی معرفی و نتایج حاصل از این چیدمان، با نتایج حاصل از چیدمان درون کاواکی به صورت نظری و تجربی مقایسه میشود.
بلور تیتانیوم
سفایر استفاده شده در این لیزر برش بروستر شده و توسط یک لیزر Nd:YAG هارمونیک دوم -Qسوئیچ با قطبش p و نرخ تکرار 10Hz و پالسهایی با پهنای زمانی 5ns پمپ میشود. پالس پمپ توسط یک لنز - المان - 7 با فاصله کانونی 50cm که در فاصله 30cm از بلور قرار گرفته است روی بلور متمرکز می شود. آینه - 8 - یک آینه دو رنگ است که طول موج 532nmرا کاملاً عبور داده و بازتاب کامل برای محدوده 750-850nm دارد. المانهای 10 - و - 12 آینه خروجی 50% عبور برای محدوده 750-850nm در زاویه فرود صفر درجه هستند.
به کمک منشور - 11 - و تغییر زاویه آینه خروجی دوم میتوان طول موج خروجی را کوک کرد. در چیدمان درون کاواکی، آینه خروجی اول - المان - 10 و منشور جابجا می شوند تا دو آینه 10 و 12 پشت سر هم یک آینه با ضریب عبور %33 را تشکیل دهند. شکلαtot :3، نسبت شدت اتلافی کل منشور به شدت فرودی که برحسب ضریب بازتاب آینه خروجی در کاواک بیرونی نشان داده شده است.
در کاواک درونی با افزایش بازتابندگی آینه خروجی، اتلاف کل منشور به صورت خطی افزایش یافته است. افزایش بازتابندگی آینه خروجی اول در کاواک بیرونی موجب کاهش اتلاف کل منشور می-شود اما افزایش بازتابندگی آینه خروجی دوم، اتلاف کل منشور را افزایش میدهد. همچنین به ازای یک ضریب عبور کل یکسان در دو کاواک فوق اتلاف در کاواک بیرونی کمتر از اتلاف کاواک درونی است.
با قرار دادن ضریب عبور کل آینه خروجی و اتلاف هر کاواک در معادلات نرخ میتوان انرژی پالس خروجی و بازدهی هر دو کاواک را برای یک انرژی پمپ ثابت بدست آورد. چیدمان تجربی لیزر پالسی کوک پذیر تیتانیوم سفایر به روش درون کاواکی و بیرون کاواکی در این آزمایش لیزر به دو صورت بیرون کاواکی و درون کاواکی کوک پذیر شده است.
نتایج تجربی و مقایسه بین دو چیدمان درون کاواکی و بیرون کاواکی در این آزمایش بلور با انرژی پالس 15 mj پمپ میشود. طول کاواک برای هر دو چیدمان 40cm، طول کریستال 1/5 cm و طول موج خروجی 780nm است. در چیدمان بیرون کاواکی با یک منشور با اتلاف تک عبور %7 و دو آینه خروجی%50 عبور، یک پالس خروجی با انرژی 2/4 mj ثبت شد. در چیدمان درون کاواکی نیز با آینه خروجی %33 عبور و تحت شرایط پمپ یکسان انرژی خروجی 1/6 mj اندازه گیری شد.
