نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده‌ی فوتونیک و فناوری‌های کوانتومی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران ـ ایران

چکیده

در این پژوهش به موضوع افزایش نظام­مند توان لیزر Nd:YAG با حفظ کیفیت باریکه خروجی و عدم افزایش حساسیت به تنظیم پرداخته شده است. در ابتدا با استفاده از مدل توان انکساری توزیع­یافته و نرم­افزار GLAD، یک تشدیدگر مبنای تک میله‌ای پیشنهاد شد که به صورت دینامیکی پایدار است، در مقایسه با همتای تخت متقارن خود، از حجم مد اصلی بالاتری (حداقل دوازده برابر) برخوردار بوده و در عین­حال حساسیت به تنظیم یکسانی دارد. در ادامه به دلیل محدودیت توان دمشی حین توان­افزایی، از تشدیدگرهای چند میله‌ای تناوبی مبتنی بر یک طرح مبنا استفاده شده است. کارآیی تشدیدگرهای تناوبی در توان­افزایی تک مد، به واسطه افزایش حجم مد اصلی لیزر، مورد آزمون و بررسی قرار گرفت. نتایج این بررسی از طریق یک تشدیدگر لیزری دو میله‌ای مورد تأیید قرار گرفته است. نتایج این پژوهش می­تواند برای بالا بردن توان لیزرهایNd:YAG  تک مد عرضی، بدون کاستن از کیفیت پرتوی خروجی و ایجاد حساسیت به تنظیم بیش­تر، مفید باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Systematic power scaling of dynamically stable Nd:YAG resonators in single-transverse-mode laser operation

نویسندگان [English]

  • D. Razzaghi
  • M.R. Moghaddam
  • M. Sasani Ghamsari

Photonics and Quantum Technologies Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 14155-1339, Tehran-Iran

چکیده [English]

The present research deals with the investigation of systematic power scaling of Nd:YAG laser systems by preserving the beam quality and misalignment sensitivity. Firstly, by using the distributed refractive power model and the GLAD software, a single dynamically stabilized rod was proposed. The proposed resonator, in comparison with its flat symmetric counterpart, showed a higher fundamental mode volume (at least twelve times) and exhibited the same amount of misalignment sensitivity. Then, due to the limitation of increasing the pumping power in the process of power scaling, the periodic multi-rod resonators, were used based on a basic dynamic stable resonator. Effectiveness of periodic resonators in fundamental mode power scaling have been investigated because of increment of the fundamental mode volume. The results of the investigation have been validated via a two-rod periodic laser resonator. The results can be useful for power scaling of single transverse mode Nd:YAG lasers, without degrading the beam quality and generating more misalignment sensitivity.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Single transverse-mode operation
  • Power scaling
  • Dynamically stable laser resonators

1.             K. Driedger, R. Ifflander, H. Weber, Multirod Resonators for High-Power Solid-State Lasers with Improved Beam Quality, IEEE journal of quantum electronics. 24, 665 (1988).

 

2.             H. Razzaghi, et al, Highly Efficient Diode-End-Pumped Nd:YAG Composite Rod Laser, Optoelectronics and Advanced Materials-Rapid Communications. 7, 321 (2013).

 

3.             B. Upadhyaya, et al., Beam Quality Considerations of High Power Nd:YAG Lasers, Optics & Laser Technology. 34, 193 (2002).

 

4.             S. Tidwell, J. Seamans, M. Bowers, Highly Efficient 60-W TEM00 CW Diode-End-Pumped    Nd:YAG Laser, Optics letters. 18, 116 (1993).

 

5.             D. Naidoo, I.A. Litvin, A. Forbes, Brightness Enhancement in a Solid-State Laser by Mode Transformation, Optica. 5, 836 (2018).

 

6.             N. Hodgson, G. Bostanjoglo, H. Weber, Multirod Unstable Resonators for High-Power Solid-State Lasers, Applied optics. 32, 5902 (1993).

 

7.             F. Hajiesmaeilbaigi, et al. Design and Construction of a 110 W Green Laser for Medical Application, Optics & Laser Technology. 43, 1428 (2011).

 

8.             F. Hajiesmaeilbaigi, et al. High-Average-Power Diode-Side-Pumped Double Q-Switched Nd: YAG Laser, Laser Physics Letters. 4, 261 (2006).

 

9.             A.E. Siegman, Lasers, (Mill Valley, CA, 1986).

 

10.          R. Weber, B. Neuenschwander, H.P. Weber, Thermal Effects in Solid-State Laser Materials, Optical Materials. 11, 245 (1999).

 

11.          B. Struve, et al. Thermal Lensing and Laser Operation of Flash lamp-Pumped Cr: GSAG, Optics Communications. 65, 291 (1988).

 

12.          W. Koechner, Michael Bass, Solid-State Lasers: A Graduate Text  (Springer Science & Business Media, 2006)

 

13.          F. Hajiesmaeilbaigi, et al. Experimental Study of a High-Power CW Diode-Side-Pumped Nd: YAG Rod Laser, Laser Physics Letters. 2, 437 (2005).

 

14.          W. Koechner, Solid-state laser engineering, (Springer, 2013).

 

15.          H. Kortz, H. Weber, Diffraction Losses and Mode Structure of Equivalent TEM00 Optical Resonators, Applied optics. 20, 1936 (1981).

 

16.          R. Iffländer, H. Kortz, H. Weber, Beam divergence and refractive power of directly coated solid state lasers, Optics Communications. 29, 223 (1979).

 

17.          L.A. Pipes, L.R. Harvill, Applied Mathematics for Engineers and Physicists, (1970).

 

18.          J.M. Eggleston, Periodic Resonators for Average-Power Scaling of Stable-Resonator Solid-State Lasers, IEEE journal of quantum electronics. 24, 1821 (1988).

 

19.          M.R. Moghaddam, M.M. Esfahani, H. Razzaghi, in: Proceeding of 8th Photonics Conference of Iran, (Malek-Ashtar University of Technology, Isfahan, February 6-7, 2002) 136-139 (In Persian).

 

20.          M.R. Moghaddam, et al., In: 30th Proceeding of the Annual Physics Conference of Iran, (Iran, August 2006) (In Persian).

 

21.          V. Magni, Multi-element Stable Resonators Containing a Variable Lens, JOSA A. 4, 1962 (1987).

 

22.          L. Qitao, S. Dong, H. Weber, Analysis of TEM00 laser beam quality degradation caused by a birefringent Nd: YAG rod, Optical and quantum electronics. 27, 777 (1995).

 

23.          S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, Misalignment Sensitivity of Solid-State Laser Resonators with Thermal Lensing, Optics Communications.  59,  43 (1986).

 

24.          H. Razzaghi, et al. In: Proceeding of the Annual Physics Conference of Iran, (Tehran, August 23-26, 2004) 27-29 ( In Persian).