طیف سنجی, رسم نمودار دمای دایود لیزر بر حسب توان دایود لیزر

بدون دیدگاه

3 دقیقه زمان مطالعه

به نام خدا

موضوع : طیف سنجی, رسم نمودار دمای دایود لیزر بر حسب توان دایود لیزر

عنوان گزارش کار:

رسم نمودار دمای دایود لیزر بر حسب توان دایود لیزر

بدست اوردن طیف جذبی کریستال Nd:YAG

مقدمه:

در نظریه ی اپتیک خطی انتشار نور در یک محیط با دو عامل وابسته به فرکانس یعنی ضریب شکست محیط و ضریب جذب توضیح داده میشود و شدت نور در محاسبات تاثیری ندارد. اما با کشف لیزرهای پرتوان این نظریه دیگر برای توصیف انتشار نور پاسخگو ن بود؛ زیرا شدت نور، انتشار آن را تحت تاثیر قرار میداد. این موضوع منجر به معرفی نظریه ی اپتیک غیرخطی شد. هنگامی که موج الکترومغناطیسی از مادهای با رفتار غیرخطی عبور کند، فرکانس و انرژی آن دو برابر و درنتیجه طول موج آن نصف میشود. به این فرایند که در اپتیک غیرخطی بررسی میشود، »تولید هارمونیک دوم« میگویند. این فرایند مرتبه دوم تنها در موادی با تقارن معکوس رخ میدهد. تولید هارمونیک دوم را نخستین بار پیتر فرانکن و همکارانش سال ۱۹۶۱ در دانشگاه میشیگان مشاهده کردند. هرچند از نظر تئوری امکان چنین فرایندی پیشبینی شده بود، اما تا اختراع لیزر مشاهدهی آن ممکن نبود. آنان این اثر را با تاباندن لیزر ۶۹۴ نانومتر به یک کریستال کوارتز مشاهده کردند.

تئوری:

اپتیک غیرخطی برهمکنش نور با ماده را در شرایطی که پاسخ نوری ماده، به شدت نور فرودی وابسته است، توصیف میکند. در واقع پاسخ غیرخطی قطبش ماده به میدان الکتریکی نور فرودی، باعث رفتار غیرخطی محیط میشود.

برای تولید لیزر باید حداقل دمش لازم، برای تحریک محیط بهره فراهم شوداساس طراحی لیزر حالت جامد، این است که چگونه انرژی دمش را به کریستال مورد نظر هدایت کنیم در اینجا از یک لیزرنیمه رسانا برای پمپاژ و انتقال انرژی به کریستال Nd:YAGاستفاده میکنیم.با توجه به طیف جذب کریستال، منبع نوری با طول موج ۸۰۸نانومترنیازاست،زیرا این طول موج منطبق با طیف جذب کریستال است.بنابراین دایود لیزر با طول موج ۸۰۸ نانومترانتخاب مناسبی برای پمپاژمحیط فعال ماست.

ND:YAG لیزر : یک سیستم چهار ترازی است.

طیف جذب کریستال Nd:YAG در محدوده ۳۰۰تا ۹۰۰ نانومتر در شکل زیر نشان داده شده است(شکل a). که این طیف جذب در شکل (b) حول طول موج 808nm بسط داده شده است. طبق شکل حد بالای جذب کریستال در طول موجی بین ۸۰۸ تا ۸۱۰ نانومتر قرار دارد. این امر برای پمپاژ کریستال توسط دایود لیزر بسیارمهم است،زیرا می‌خواهیم لیزر Nd:YAG را با پمپاژ نوری توسط دایودلیزر بسازیم.پس فوتونی با این طول موج باید به کریستال وارد شود تا حداکثر جذب در کریستال (یعنی کمترین توان خروجی دایود) را داشته باشیم،چون طول موج دایود لیزر به دمای آن وابسته است،با تغییر دادن دما، دمای منطبق با این طول موج را به دست می آوریم. در ادامه طیف جذب Nd:YAG برحسب تغییر دمای دایود لیزرنیزبرای درک بهتر مطلب ،آورده شده است

وسایل مورد نیاز:

لیزر دایود

عدسی ۶۰ میلی متری

میز اپتیکی

ریل مدرج

مونت نگه دارنده

کریستال Nd:YAG

عدسیBSH80mm

عدسی کروی جهت موازی سازی

پین دایود

ولت متر

کارت IR

شرح آزمایش: بررسی طیف جذبی با استفاده از لیزر Nd\:YAG

در این آزمایش، هدف بررسی طیف جذبی پرتو لیزر Nd:YAG با توجه به تغییرات دمایی و تأثیر آن بر توان عبوری از نمونه است.

ابتدا لیزر Nd:YAG بر روی یک ریل اپتیکی مدرج نصب گردید. پرتو خروجی اولیه از لیزر، به دلیل ناهمگنی در توزیع فضایی، نیاز به اصلاح داشت. به منظور یکسان‌سازی پروفایل فضایی پرتو، از یک عدسی استوانه‌ای با کد BSH استفاده شد. این فرآیند که به Beam Shaping معروف است، پرتو بیضوی خروجی را به یک پرتو با مقطع دایره‌ای تبدیل می‌کند. بررسی صحت این اصلاح، با استفاده از کارت IR (مادون ‌قرمز) انجام شد.

سپس برای موازی‌سازی پرتو نور، یک کریستال با پوشش ضدبازتاب (Coated Collimating Crystal) در مسیر پرتو قرار داده شد تا جهت‌گیری و واگرایی پرتو به حداقل برسد.

در ادامه، به منظور تعیین طول‌موج جذب پرتو، در انتهای مسیر نوری، یک آشکارساز پین‌دیود نصب شد. در این مرحله، پین‌هول آشکارساز برداشته شد تا تمام توان تابشی قابل دریافت، توسط حسگر جذب گردد.

با اعمال تغییرات کنترل‌شده در دمای محیط یا نمونه، توان فوتون‌های عبوری از مسیر لیزر اندازه‌گیری شد. نتایج حاصل نشان‌دهنده تغییرات توان با دما بود و این داده‌ها در قالب نموداری رسم شدند.

نکته مهم آن است که در این آزمایش، بیشترین توان ثبت‌شده به معنای کمترین جذب نور توسط نمونه و کمترین توان معادل بیشترین جذب خواهد بود. بنابراین، طول‌موجی که در آن کمترین توان اندازه‌گیری می‌شود، به عنوان طول‌موج بیشینه‌ی جذب شناسایی میشود.

شکل طیف جذبی وطیف گسیل لیزر ND:YAG است.

جدول داده‌های دما و ولتاژ

T(c)	V(mV)	T(c)	V(mV)
۱۵	۵۵۰	۲۳	۴۹۴
۱۶	۵۴۲	۲۴	۴۸۹
۱۷	۵۳۴	۲۵	۴۸۲
۱۸	۵۲۶	۲۶	۴۷۵
۱۹	۵۱۹	۲۷	۴۶۷
۲۰	۵۱۴	۲۸	۴۶۱
۲۱	۵۰۷	۲۹	۴۵۵
۲۲	۵۰۱	۳۰	۴۴۸

تحلیل داده‌ها

در این آزمایش، رابطه‌ی بین دمای محیط T به ولتاژ که رابطه مستقیمی با توان دارد پرتو عبوری از نمونه V به مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش دما از ۱۵ تا ۳۰ درجه سلسیوس، کاهش پیوسته ‌ای در مقدار توان اندازه‌ گیری‌ شده مشاهده شد. جدول داده‌ها نشان می‌دهد که بیشترین توان در دمای ۱۵°C با مقدار ۵۵۰ mV و کمترین توان در دمای ۳۰°C با مقدار ۴۴۸ mV ثبت شده است.

برای درک بهتر این روند، نمودار توان بر حسب دما ترسیم می‌شود

شکل نمودار، یک روند نزولی خطی یا نزدیک‌به‌خطی را نشان می‌دهد که بیانگر افزایش جذب نمونه با بالا رفتن دماست. به عبارت دیگر، با افزایش دما، جذب نوری افزایش یافته و توان عبوری کاهش یافته است.

نتیجه‌گیری

با مقایسه نمودار تجربی با نمودار در کتاب کوچنر به این نتیجه میرسیم که احتمالا در حال حرکت به سمت بزرگترین قله هستیم زیر با افزایش دمای لیزر دیود، طول موج افزایش میابد. هنگامی که ولتاژ خروجی ما کم شود به معنی جذب بیشتر کریستال Nd:YAG میباشد. در این بازه دمایی احتمالا در حال حرکت از 808nm به سمت 809nm هستیم ولی از آنجایی که بازه دمایی ما کوچک است و دیتا اکیدا در حال نزول است، نمیتوان پیش بینی بیشتری کرد. پیشنهاد میشود بازه دمایی بیشتری را بررسی کرد.

منابع