طراحي و ساخت ليزر حالت جامد Nd:YAG دميده شده با لامپ درخش زنون در كاواك سراميكي و اندازه‌گيري برخي پارامترهاي فيزيكي آن

Design and construction of xenon flash-lamp pumped solid-state laser in ceramic cavity and measuring some physical parameters

در اين مقاله، گزارش طراحي، ساخت و بهينه‌سازي ليزر حالت جامد Nd:YAG دميده شده با لامپ درخش زنون در كاواك سراميكي ارائه مي‌شود. از يك ميلۀ ليزري Nd:YAG با درصد آلايش %1/1 و ابعاد mm 5 mm80 به‌عنوان محيط فعال و از يك لامپ درخش زنون با قطر داخلي 7 ميلي‌متر، طول قوس 3 اينچ و بسامد 0/2 هرتز به‌عنوان منبع دمش استفاده شد. ابتدا خروجي ليزر با استفاده از روش فايندلي-كلي بر اساس بهترين آينۀ خروجي، بهينه شد. مقدار بهره براي انرژي دمش الكتريكي 4/9 ژول، برابر با 0/9 و اتلاف برابر با 005 به‌دست آمدند. بنابراين، مقدار بازتابندگي بهينه براي اين مقادير حدود 32% به‌دست آمد. از آينۀ با بازتابندگي 25% (كه نزديك‌ترين مقدار توان بازتاب آينۀ موجود در آزمايشگاه و نزديك به بازتابندگي بهينۀ بود) در چيدمان آزمايشگاهي استفاده كرديم. بازدة كل الكتريكي به نوري ليزر Nd:YAG در طول‌ موج 1064 نانومتر به‌ازاء آينۀ 25% حدود 3% اندازه‌گيري شد. با بسامد تكرار دمش 0/2 هرتز و انرژي الكتريكي دمش 9 ژول، قطر لكه برابر با 3/98 ميلي‌متر و عامل كيفيت برابر با 17 به‌دست آمد. نتايج به‌دست آمده، خاص ليزر طراحي شده در اين مقاله است.

In this article, the report of design, construction and optimization of an xenon flash-lamp pumped solid-state Nd:YAG laser in a ceramic cavity are presented. A laser rod of Nd:YAG with a 1.1 wt% doping and a dimension of 80 mm×5 mm, as an active medium, and a xenon flash-lamp with a inner diameter of 7 mm, an arc length of 3 in, and a repetition frequency of 0.2 Hz, as the pump source, were used. At first, the laser was optimized with Findlay-Clay method, in terms of the output coupler reflectivity. The gain and the loss for pump energy of 4.9 J were achieved to be 0.9 and 0.005, respectively. Thus we calculated the optimum reflectivity as 32%. From a mirror with a reflectivity as 25% (which was the closest to our available reflectivity in laboratory) was used. A total electrical-to-optical efficiency of 3% was achieved at 1064 nm for 25% reflectivity for output coupler. For a 0.2 Hz repetition rate and a pumping energy of 9 J, a beam spot size of 3.98 and a quality factor of 17 were achieved. The results are valid for a cavity design with the mentioned parameters.