شبيه‌سازي توليد هماهنگ‌هاي دوم و چهارم ليزر تپي Nd:YAG با استفاده از بلورهاي غيرخطي: با رويكرد بررسي بازده

Simulation of Second Harmonic Generation of a Pulsed Nd:YAG Laser Using Nonlinear Crystals: with the Approach of Efficiency Investigation

در چند دهۀ اخير، از هماهنگ‌هاي دوم و چهارم ليزر Nd:YAG به عنوان يكي از پركاربردترين و محبوب‌ترين ليزرهاي حالت جامد، به طور گسترده‌اي در زمينه‌هاي مختلف نظامي و در زمينه‌هاي مختلف پزشكي و صنعتي و … استفاده شده است. از روش‌هاي پر بازده و متداول در توليد هماهنگ ليزرها مي‌توان به استفاده از بلورهاي غيرخطي اشاره كرد. در اين مقاله، شبيه‌سازي توليد هماهنگ‌هاي دوم و چهارم ليزر تَپي Nd:YAG با ويژگي­هاي طول موج 1064 نانومتر، چگالي انرژي 1 ژول در سانتي­متر مربع و نيز پهناي زماني تَپ 10 نانوثانيه با در نظر گرفتن آثار دمايي و زاويۀ واگرايي پرتوي فرودي انجام شده است. بازدهي تبديل توليد هماهنگ دوم اين ليزر با استفاده از بلورهاي KTP و BBO و LBO بررسي شده است. نتايج شبيه‌سازي، بلور KTP را با بازدهي59/89 درصد به عنوان پربازده­ترين بلور پيشنهاد مي­كند. پيش‌تر به دست آوردن بازدهي80 درصد با استفاده از چيدمان تجربي از ليزر Nd:YAG با ويژگي‌هاي مشابه مشخصات شبيه‌سازي‌شده در اين مقاله با استفاده از بلور KTP ارائه شده بود. هم‌چنين بازدهيتبديل توليد هماهنگ چهارم اين ليزر با استفاده از بلورهاي BBO و CLBO و DKDP بررسي شده است. نتايج شبيه‌سازي حاضر، بلور BBO را با بازدهي21/19 درصد به عنوان پربازده‌ترين بلور پيشنهاد مي‌كند .اين در حالي است كه بازدهي12 درصدي در چيدمان تجربي با مشخصات ليزر Nd:YAG مشابه طي مقاله‌اي ارائه شده بود.

Second harmonic generation of Nd:YAG laser, as one of the most applicable and popular solid-state lasers, has been widely used in different fields of military applications and in diverse fields of medicine and industry etc., in last few decades. Non-linear crystals are mentioned as one of the most efficient and common methods for harmonic generating of lasers. In this research, we performed the simulation of the second and fourth harmonic generation of pulsed Nd:YAG laser with characteristics of 1064nm wavelength, 1joule/cm2 energy density, and 10ns pulse width, and considering the effects of temperature and divergence angle of the incident beam. The conversion efficiency of the second harmonic generation of this laser was investigated using KTP, BBO and LBO crystals. The simulation results suggested the KTP crystal as the most efficient crystal with 89.59% conversion efficiency. Formerly, achieving 80% efficiency using Nd: YAG laser with similar characteristics of the simulated specifications presented in this paper by using KTP crystal in an experimental configuration had been presented. In addition, the conversion efficiency of the fourth harmonic generation of this laser was investigated using BBO, CLBO and DKDP crystals. The simulation results suggested the BBO crystal as the most efficient crystal with 19.21% conversion efficiency. For the sake of comparison, 12% efficiency in the experimental layout with similar Nd:YAG laser specifications, presented in this article, had been presented in another article.