Modifying the laser output

Modifying the laser output
درسنا في المحاض ا رت السابقة فكرة عمل الليزر والعوامل الأساسية التي بدونها لا يمكن
الحصول على شعاع ليزر.
في هذه المحاضرة سنقوم بإلقاء الضوء على الطرق والأساليب المتبعة لتسخير شعاع الليزر
للتطبيقات العملية. على سبيل المثال يستخدم الليزر لقطع المعادن واللحام وهذا يتطلب زيادة
طاقة شعاع الليزر أو الحصول على شعاع ليزر يعمل بنمط محوري واحد لتطبيقات الد ا رسات
الطيفية أو الاتصالات. وهذا سيكون موضح من خلال العناوين الأربعة التالية:
•Selection of the laser emission lines
•Single-mode operation
•Q-Switching
•Mode Locking
29/10/1431
2
Physics Academy
Dr. Hazem Falah Sakeek 3
Selection of the laser emission lines
نعلم أن الليزر ينتج من انتقال الذ ا رت المثارة من مستويات الطاقة الأعلى إلى مستويات الطاقة
الأقل وذلك إذا تحققت الشروط المطلوبة لتكون الحصيلة اكبر من الخسارة. وهذا قد يتحقق في
He-Ne Laser المادة المنتجة لليزر لأكثر من تردد كما سنرى في المحاضرة القادمة
هنا نحن لا نتحدث على الأنماط المحورية تحت منحنى الحصيلة ولكن المقصود هو خطي ليزر أو
أكثر مختلفين ولكل منهما تردد خاص ومنحنى حصيلة. وكلا من هذه الترددات سوف تكبر وتنتج
ليزر عند أكثر من تردد في نفس الوقت.
فقط باستخدام المنشور ?? يوضح الشكل كيف يمكن تكبير الطول الموجي 2
Physics Academy
Dr. Hazem Falah Sakeek 4
بين المادة المنتجة لليزر والمرآة حيث Prism للتغلب على هذه الظاهرة يتم استخدام منشور
وبضبط وضع المنشور بحيث يكون Snell s Law أن لكل تردد ا زوية انكسار خاصة حسب
التردد الم ا رد تكبيره للحصول على ليزر عنده يسقط ب ا زوية قائمة على المرآة وبالتالي ينعكس
على نفسه ليعود إلى المادة ويكبر، بينما الترددات الأخرى تنعكس خارج المادة المكبرة ولا تنتج
Filters أو Diffraction Grating ليزر. كما يمكن استخدام
29/10/1431
3
Physics Academy
Dr. Hazem Falah Sakeek 5
Single-mode operation
يكون الضوء الناتج من ليزر يعمل عند نمط محوري أحادي اقرب ما يكون إلى المصدر
الضوئي أحادي اللون. حيث أننا درسنا في المحاض ا رت الأولى موضوع اتساع الخط الطيفي
نتيجة للعوامل متعددة وبهذا فإن الضوء أحادي اللون يكون له اتساع محدود، وهذا الاتساع
واقل Monochromatic Light Source يحدد مدى دقة مصطلح أحادي اللون
Single mode اتساع يمكن الحصول عليه من ليزر يعمل بنمط محوري واحد
operation.
؟ Single mode laser كيف يمكن الحصول على
تعتمد فكرة الحصول على ليزر يعمل بنمط محوري وحيد على زيادة المسافة بين الأنماط
المحورية المتجاورة إلى مسافة تصل على الأقل مساوية لاتساع منحنى الحصيلة. وبهذا
هو النمط المتحقق عنده شرط الحصيلة أكبر من الخسارة بينما q يكون النمط المحوري 0
تقع خارج منحنى الحصيلة. q0+ أو 1 q0- الأنماط الأخرى 1
Physics Academy
Dr. Hazem Falah Sakeek 6
المسافة بين نمطين محوريين تعطى بالعلاقة
طول المكبر L وبهذا يعني انه كلما قل C/2L
كلما ا زدت المسافة بين النمطين المحوريين. فإذا
ما صمم المكبر بحيث يكون طوله يحقق الشرط
C/2L ????
لهذه الطريقة اثر على تقليل مادة المكبر وبالتالي
طاقة الليزر ولكن تستخدم في تطبيقات تكون
بحاجة إلى اقرب ما يكون للتردد أحادي اللون.
29/10/1431
4
Physics Academy
Dr. Hazem Falah Sakeek 7
Q-Switching
تحتاج العديد من التطبيقات إلى طاقة عالية لليزر مثل التطبيقات الصناعية لليزر في اللحام
حيث يتم Q-Switching والقطع ولزيادة طاقة الليزر نستخدم عدة طرق للحصول على
التحكم في توقيت عملية الانبعاث الاستحثاثي عن طريق التحكم في مستوى الخسارة . كيف؟؟
تحتوي على Ruby laser من المحاض ا رت السابقة لاحظنا أن نبضة الليزر المنبعثة من
وهذا يعود إلى توالي حدوث الانبعاث الاستحثاثي والضخ لقلب التعداد خلال عملية Spikes
فإذا ما تم microseconds والتي تستمر لفترة زمنية تصل إلى Flash lamp الإثارة بواسطة
إيقاف الانبعاث الاستحثاثي خلال فترة الضخ الضوئي لزيادة الحصيلة يمكن الحصول على نبضة
Nanoseconds. ليزر في فترة زمنية تصل إلى
Q-Switching فكرة عمل ال
على إيقاف مؤقت لليزر من خلال التحكم في مستوى الخسارة Q-Switching تعتمد فكرة ال
خلال عملية الضخ حتى يتم زيادة تعداد مستوى الليزر إلى اكبر قيمة ممكنة وهذا يعني زيادة
ثم نقوم بتقليل مستوى Threshold Gain. الحصيلة إلى قيمة اكبر بكثير من القيمة الحرجة
أكبر بكثير من ال Gain الخسارة إلى القيمة الأساسية وهذا سيؤدي إلى أن يكون ال
فتحدث عملية الانبعاث الاستحثاثي في فترة زمنية قصيرة تنتج عنه نبضة ليزر Threshold
ذات طاقة عالية.
Physics