بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله محاسبات مربوط به تک مد سازي یک لیزر خاص بر پایه سنجه بسته به پهناي باند لیزر، طول کاواك و ضریب شکست سنجه، به همراه کنترل مدي آن ارائه شده است. در این پژوهش به بررسی تعداد سنجهها و زاویه قرارگیري آنها در داخل کاواك پرداخته شده است. نتایج کار مربوط به تک مد سازي لیزرNd:YAG، Nd:YVO4، Nd:YLF است.
مقدمه
بسامد مدهاي طولی لیزر با رابطه q q c 2L مشخص میشوند. از بین مدهاي فوق آن دسته از بسامدها که در زیر پوشبهره قرار دارند در عملکرد لیزر مشارکت میکنند. فاصله بسامديبین مدهاي مجاور از رابطه زیر بدست میآید:[1]
در رابطه فوق L طول کاواك لیزر و c سرعت نور است.یک مد خاص تنها وقتی نوسان میکند که در پهناي بسامديفلوئورسانی واقع شود و بهره از میزان تلفات بیشتر باشد. از سوي
دیگر کیفیت پرتو خروجی میتواند با حذف مدهاي ناخواسته در کاواك تشدید قبل از آنکه تقویت شوند، بهبود یابد. این موضوع بخصوص در کاربردهاي اپتیک غیرخطی همچون آینههاي همیوغفازي و فشرده سازي تپ که نیاز به پرتوهاي با کیفیت بالا دارد، ازاهمیت زیادي برخوردار است. در این مقاله سعی شده است، تولیدتک مد محوري براي سه نمونه لیزر حالت جامد انجام شود.تک مد سازي بر پایه سنجه فابري پرودر لیزرهاي با پهناي نوار بهره پهنمعمولاً میخواهیم بدونتغییر آینههاي کاواك طول موج ویژهاي از لیزر را انتخاب کنیم،[2] یک روش ایجاد لیزر تک مد طولی با توان بالا استفاده از سنجه فابري- پرو در درون کاواك لیزر است.
سنجه تیغه شفافی است کهداراي سطوح موازي با بازتاب جزئی بوده که مطابق شکلدر14R کاواك قرار میگیرد. سنجه باید تحت زاویه در داخل کاواك 5 - Fetalon قرارگیرد تا از نوسانات نوفهاي بین سطوح سنجه و آینههاي مشدد جلوگیري شود. همچنین ضخامت سنجه باید تا حد امکان کم باشد بنابراین بازتاب بالا منتهی به مدهاي سنجه باریکتر میشود. تنها با تا پرتو بیش از حد منحرف نشود.[3]انتخاب دقیق ضخامت و ظرافت سنجه میتوان به تک مد سازي دست یافت. سنجه بایستی به دقت تنظیم شود، که این تنظیم می- تواند با چرخش یا با تغییر دما یا با تغییر جزئی در ضخامت سنجه به کمک مواد پیزوالکتریک صورت گیرد.[3]
بنابراین با انتخاب یک سنجه کم ضخامت با فاصله مدي بزرگتر از نصف پهناي خط کاواك لیزر، سنجه میتواند همانند یفیلتر با توان تفکیکبالا عمل کند بایدبه عبارت دیگرetalon 1/ 2laser باشد، که laser پهناي خط لیزر وetalon فاصله مدي سنجه میباشد. همانگونه که در شکل2مشاهده میشود باید دقت کرد کهمساوپهناي خط سنجه نبایدیا بزرگتر از فاصله مدي لیزر باشد یعنی .[3] etalon laser پهناي خط سنجه و فاصله بسامدي بینزیرمدهاي سنجه از روابطبدست میآیند :در روابط فوق R بازتاب سطوح سنجه، n ضریب شکست سنجه، زاویه قرارگیري سنجه نسبت به محور اپتیکی مشدد، d ضخامت سنجه، c سرعت نورخطدر خلأ میباشد. پهناي هرسنجه بستگی به بازتاب از سطوح سنجه و ضریب ظرافت سنجه، Fetalon، دارد بطوریکه: [4]
بحث و نتایج
جهت تولید تک مد طولی در یک لیزر خاص، به کمک شبیه سازي انجام شده و وارد کردن دادههاي مورد نیازپهنايهمچوننوار طیفی لیزر - l - ، طول کاواك - L - و ضریب شکست سنجه - n - ،تعداد سنجههاي مورد نیاز، زاویه انحراف آنها و ضریب شکستآنها بدست میآید. بسته به laser مورد استفاده، جهت دستیابیبه شرط etalon laser ، تعداد سنجههاي مورد نیاز ممکناست یک یا دو یا حتی بیشتر باشد.[3] اما باید در صورت امکاناز سنجههاي کمتري استفاده کرد. براي نمونه محاسبات براي لیزرهاي Nd:YAG، Nd:YVO4 و Nd:YLF با پهناهاي نوار به ترتیب 120 GHZ، 257 GHZ، 314 GHZ، طول مشدد 45 cm،شیشه SF6 با ضریب شکست 1/7732 باو زاویه 3 درجهبازتابهاي مختلف در جداول1و2و3 آمده است. توجه شود که ضخامت سنجهها به دلیل مشکلات موجود در ساخت نمیتواند ازیک مقدار خاص که حدود 0/5 mm میباشد، کمتر باشد.
با توجه به جداول فوق و روابط1و2و3، به عنوان مثال براي لیزرنئودمیوم یاگ با استفاده از دو سنجه با بازتابهاي سطوح % 85 وزوایاي تمایل 3 درجه نتایج زیر حاصل شده است:ملاحظه میشود etalon2laserا، این ترتیب بااستفاده از دو سنجه میتوان با دقت بالایینئودمیومپهناينوار لیزرتراگسیلیاگرا کاهش داد. براي سنجه با توجه به مرجع 4 داریم:
در روابط فوق F ظرافت سنجه و 0 طول موج لیزر در خلأ است. براي تراگسیل سنجه با توجه به روابط3و6و7 رابطه زیر حاصل میشود:بنا به رابطه فوق نمودار تراگسیل سنجه برحسب etalonبااستفاده از نرم افزار متلب در شکل3 رسم شده است. 0 بسامد مرکزي بهره لیزر وetalon اولین بسامد بعد از بسامدمرکزي هستند و etalon etalon 0 ، براي تراگسیل سنجه بر حسبداریمبسامد :
