ساخت لیزر Nd:YAG با طول موج 1064nm

عنوان آزمایش:

ساخت لیزر Nd:YAG با طول موج 1064nm

۳۱/۰۴/۱۴۰۴

هدف آزمایش:

ساخت یک لیزر Nd:YAG با پمپ انتهایی دیود لیزر روی میز اپتیکی بصورت گسسته که در طول موج 1064nm کار میکند.

ابزار مورد نیاز:

لیزر هلیوم نئون جهت الاینمنت، دو عدد آینه با درجه آزادی کامل، ریل اپتیکی، خط کش عمودی، دو عدد روزنه، تارگت، کارت IR، لیزر دیود با طول موج 808nm، عدسی استوانه ای، عدسی کروی همگرا با فاصله کانونی 60mm، راد Nd:YAG با پوشش انتهایی بازتاب ۱۰۰ درصدی برای طول موج 1064nm، آینه با پوشش بازتاب ۹۸ درصدی برای 1064nm، فیلتر BG1000 برای بلاک کردن طول موج 808nm، فوتو دیکتور

مراحل انجام آزمایش:

1. ابتدا لیزر هلیوم نئون را روشن کرده و با کمک ۲ آینه نور را از لیزر به ریل اپتیکی مد نظر هدایت میکنیم تا یک محور اپتیکی تشکیل دهد. بعد از تنظیم با کمک پیچ های آینه ها و اطمینان از مرکز بودن محور به کمک روزنه و تارگت به مرحله بعد میرویم.
2. حالا که از محور اپتیکی مطمئن شدیم قطعات اپتیکی مانند عدسی ها، راد و آینه دوم کاواک را به تنهایی در ریل اپتیکی قرار میدهیم و با کمک پیچ های تنظیمشان کاملا الاین میکنیم.
3. بعد از الاینمنت تمامی قطعات اپتیکی، لیزر هلیوم نئون را خاموش کرده و لیزر دیود را روی ریل اپتیکی قرار میدهیم. با کمک عدسی استوانه ای و کروی لکه لیزر را در یک نقطه فوکوس میکنیم به گونه ای که قسمت مشکی رنگ پشت کارت IR بسوزد و دود کند. در فاصله ای که کارت میسوزد باید وسط ماده فعال ما که راد Nd:YAG است قرار بگیرد.
4. سپس آینه دوم را قرار میدهیم، اگر از قبل محاسبات مربوط به پارامتر های کاواک را انجام نداده باشیم باید به صورت آزمون و خطا جلو برویم وگرنه آنرا دقیقا در نقطه محاسبه شده قرار میدهیم. بعد از آن فیلتر و فوتودیتکتور را قرار میدهیم.
5. در مرحله آخر فوتودیکتور را در طول موج 1064nm قرار میدهیم و با جا به جایی آینه دوم و تنظیم پیچ های تنظیم از لیزر دیود تا آینه دوم، تلاش میکنیم تا بیشترین توان خروجی را بگیریم.

گزارش نتایج و محاسبات آزمایش:

با داشتن جدول داده ها نمودار توان خروجی بر حسب توان ورودی را رسم میکنیم و توان آستانه جهت شروع پدیده هارمونیک دوم را بدست میاوریم.

راندمان خروجی در توان ورودی بیشینه که 211mW بود، ۱۴.۲% بدست آمد. همچنین توان آستانه برای شروع به کار لیزر، 65mW است.

در ادامه طول عمر فوتون در کاواک را بدست میاوریم.

حالا که طول عمر فوتون در کاواک را داریم میتوانیم Q-factor را بدست بیاوریم.

سپس ظرافت کاواک:

حالا پایداری یا ناپایداری کاواک را بررسی میکنیم.

پس کاواک پایدار است. حالا به سراغ کمر پرتو میرویم.

حالا میتوانیم حجم مود فعال را حساب کنیم.

خلاصه:

در نهایت توانستیم یک لیزر Nd:YAG با راندمان ۱۴.۲ درصد و حداکثر توان خروجی 30mW بسازیم. کمر پرتو  بدست آمد و طول عمر فوتون در کاواک 13ns محاسبه شد. از جمله مشکلاتی که در طراحی لیزر مارا به چالش میکشید، تابش مادون قرمز توسط دست آزمایشگر بود که در تنظیم دقایق قطعات اپتیکی نزدیک دیتکتور اختلال ایجاد میکرد. توان آستانه برای شروع عملیات هارمونیک دوم 65mW اندازه گیری شد و بدلیل محدود بودن توان پمپ نتوانستیم توان اشباع را اندازه گیری کنیم ولی انتظار میرود توانی در حدود ده ها وات باشد. همچنین شرط پایداری و فاکتور های دیگر کاواک را اندازه گیری کردیم. همچنین بدلیل اندازه گیری نکردن زاویه واگرایی پرتو، از محاسبه فاکتور کیفیت پرتو  ناکام ماندیم. اساس کار ما در این آزمایش تولید هارمونیک دوم بود، در آزمایش های بعد با کمک یک بلور دیگر

میتوانیم پرتو سبز با طول موج 532nm از لیزر بگیریم.