بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، کلیدزنی یک لیزر دمش دیودی عرضی Er-Yb:Glass با استفاده از روش الکترواپتیک و با یک بلور LiNbO3 بررسی شده است. به این منظور ابتدا لیزر مورد بوسیله نرمافزارLASCAD نظر طراحی شده است. سپس براساس طراحی صورت گرفته یک چیدمان آزمایشگاهی برپاشده است. در این پژوهش، پالس لیزر با پهنای پالس 45 نانوثانیه و انرژی حدود 6/5 میلی ژول در توان پمپ ورودی 2/7وات به صورت تجربی بهدست آمده است.
مقدمه
در نیم قرن اخیرتکنولوژی ساخت لیزر با پیشرفتهای چشمگیری، به ویژه در زمینهی لیزرهای حالت جامد روبه رو بوده است. در دمش لیزرهای حالت جامد بیشتر از لیزرهای نیمهرسانا یا لیزر دیودها استفاده میشود؛ چرا که طیف گسیلی این لیزرها با باند جذبی بلورهای لیزری همپوشانی خوبی دارند.
بنابراین پرتو دمش به طور مؤثرتری در عمل لیزر و ایجاد جمعیت معکوس شرکت میکند. لیزر Er:Yb:Glass در مخابرات فیبر نوری و ابزار دقیق تحلیلی، فاصلهیابها، تقویتکنندههای نوری و ارتباطات از راه دور کاربرد بسزایی دارد. برای اولین بار در سال 1992، کار بر روی لیزرهای Er:Glass دمش عرضی آغاز شد که توسط الیک1 و هاتچینسون2 گزارش شد
از آنجا که لیزر Er:Glass یک لیزر حالت جامد نسبتا کند است، در طی سالهای گذشته برای دستیابی به پالسهای کوتاه و پر توان این لیزر از روشهای کلیدزنی مختلفی از جمله روش آینه چرخان و استفاده از بلورهای جاذب اشباع پذیر استفاده شده است. اما از روش الکترواپتیک که نسبت به دیگر روشها یک روش کلیدزنی بسیار سریع است و امکان کنترل بیشتری بر عمل کلیدزنی دارد کمتر استفاده شده است
در این مقاله برای اولین بار در ایران، یک لیزر Er:Yb:Glass با دمش عرضی یکطرفه توسط لیزر دیود با کلیدزنی الکترواپتیک طراحی و ساخته شده است.
معرفی بلور Er:Yb:Glass
محیط فعال در این مقاله بلور Er:Yb:Glass میباشد. طول عمر تراز بالای لیزر برای این بلور8 ms و سطح مقطع گسیل القایی 2 7 × 10 -25 m می باشد. همچنین رسانندگی گرمایی نیز دارای مقدار 0/7 w/m.k است. با توجه به افزایش دما در پالس دمشی، تغییرات شدیدی در طول موج لیزر دیود ایجاد میشود. شکل 1 نمودار طیف جذبی بلور Er:Yb:Glass را نشان میدهد که محدودهی طیفی جذبی آن در ناحیهی طول موجی -1000 900 نانو متر قرار گرفته است.
شکل:1 طیف جذبی لیزر .Er:Yb:Glass
شبیه سازی
برای طراحی و شبیه سازی لیزر Er:Yb:Glass از نرم افزار LASCAD استفاده کردیم که میتوان با آن اثرات گرمایی و ساختاری مادهی لیزری و ردیابی پرتو را بررسی نمود. با استفاده از این نرم افزار کاواکی را طراحی نمودیم - شکل - 2 که دمش آن از یکطرف و به صورت عرضی - با استفاده از دیود لیزر سه بار - و هواخنک در فاصلهی0/5 mmاز محیط فعال لیزری قرار دارد. مادهفعال میلهای با طول 30 میلیمتر و قطر 2/2 میلیمتر در نظر گرفته شد.
شکل :2 الف - نمایی از چیدمان لیزر و ب - طرح کلی مشدد.
با تغییر پارامترهای مهم از جمله شعاع انحنای آینهی خروجی، بازتابندگی، اندازه کمر پرتو، اندازه لکه و واگرایی در دو حالت عملکرد آزاد و کلیدزنی مورد بررسی قرار گرفت
چیدمان آزمایشگاهی و نتایج تجربی
چیدمان آزمایشگاهی این سامانهی لیزری در شکل 2 نشان داده شده است. برای دمش محیط فعال از یک لیزر دیودی ساخت شرکت Northrop Grumman که بیشینهی توان خروجی این توان خروجی به وسیلهی توانسنج ساخت شرکت Gentec و پهنای پالسو نرخ تکرارپالس به وسیلهی اسیلوسکوپ HAMEG باپهنای باند 200MHz ساخت کشور آلمان اندازهگیری شد. در جدول 1 مقدار کمیتهای تجربی در دو حالت عملکرد آزاد و کلیدزنی شده در یک نرخ تکرار ثابت 2 HZ ارائه شده است.
جدول:1 مقادیر تجربی برای رزوناتور تخت-تخت با بازتابندگی آینه خروجی 82 درصد.
لیزر 450 w و طولموج خروجی آن 940 nm است، استفاده شد. آینهی عقبی با شعاع انحنای بینهایت با لایه نشانی ضدبازتاب در طولموج 1540 nm است. مادهی فعال بکاربرده شده در این چیدمان یک میله از جنس فسفات با ابعادی به طول30 mm و قطر2/2 mm که در آن غلظت یونهای Er3+ و Yb3+ به ترتیب 2/6 ×1019 cm-3 و 2 ×1021 cm-3 است. این بلور به صورت هوا خنک در داخل نگهدارندهی بلور قرار میگیرد.
پهنای پالس دمش 2 ms؛4 در نظر گرفته شده است. هم چنین بلور LiNbo3 که به منظور کلیدزنی برای عملکرد پالسی لیزر بکار گرفته شده است دارای ابعادی به طولmm 14، عرض10 mmو ارتفاع5 mm است. این بلور دارای آستانهی تخریب 200 Mw/cm2 است. قطبنده از جنس BK7 دارای ضریب شکست n=1/48 به منظور قطبیده شدن نور دمشی در سیستم مورد استفاده قرار میگیرد.
همچنین آینهی خروجی لیزر یک آینهی تخت با بازتابندگی 82 درصد انتخاب شده است.با توجه به طراحی صورت گرفته فاصلهی آینهی عقبی تا سطح اول بلور Er:Yb:Glass، 33 mm، فاصله بلور Er:Yb:Glass تا بلور کلیدزن 45 mm LiNbo3، فاصلهی LiNbo3 تا قطبنده 65 mm و فاصلهی قطبنده تا آینهی خروجی 25 mm تعیین شده است. بطور کلی طول کل مشدد تخت-تخت245mm است.
شکل :3 شکل پالس خروجی کلیدزن در لیزر .Er:Yb:Glass
