Transcript پاورپوینت قفل شدگی مد

1
broadest
broader spectrum
spectrum
DnDt = const.
narrowbandwidth
spectrum
Dn
continuous wave
Dt(CW)
duration
pulses
shortest
(mode-locked)
pulses
2
‫قفل شدگی مدها‬
‫روش تولید پالس کوتاه‪ ،‬برای تولید پالسهای خیلی کوتاه (کوتاهتر ازپالس‬
‫‪‬این‬
‫ِ‬
‫های ‪ (Q-Switching‬بکار می رود‪.‬‬
‫‪‬قفل شدگی مدی از‬
‫قفل کردن تعدادی مد‬
‫طولی هم فاز یا با‬
‫اختالف فاز ثابت در‬
‫فرکانس های مختلف‬
‫حاصل می شود‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫‪RANDOM‬‬
‫‪forfor‬‬
‫‪all all‬‬
‫‪thethe‬‬
‫‪laser‬‬
‫‪LOCKEDphase‬‬
‫‪phases‬‬
‫‪laser modes‬‬
‫‪modes‬‬
‫‪Irradiance vs. Time‬‬
‫‪Out of phase‬‬
‫‪In phase‬‬
‫‪Out of phase‬‬
‫‪Out of phase‬‬
‫‪ ‬در ناحیه ناهم فازی مدها‪ ،‬مدها بر سر تقویت شدن توسط گسیل برانگیخته‬
‫ی اتم ها رقابت می کنند‪.‬‬
‫‪ ‬با قرار دادن محیطی غیرخطی (هر سیستم که شدت های قویتر را تقویت‬
‫کند) در کاواک‪ ،‬ماکزیمم قویتر تقویت شده و قفل شدگی مدی حاصل می‬
‫شود‪.‬‬
‫‪ ‬گزینش ماکزیمم شدت برای تقویت شدن توسط محیط غیرخطی در حوزه‬
‫ی زمانی همان یافتن رابطه ای بین فازهای مدها در حوزه ی فرکانسی‬
‫است‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫روشهای قفل شدگی مد‬
‫‪ ‬قفل شدگی مد فعال‪:‬‬
‫مدوالسیون دامنه (‪)AM‬‬
‫مدوالسیون فاز (‪)FM‬‬
‫‪ ‬قفل شدگی مد غیرفعال‪:‬‬
‫جاذب اشباع پذیر‬
‫عدس ی کر‬
‫‪5‬‬
‫مدوالسیون ‪AM‬‬
‫‪ ‬اگر موج‪ ،‬میدان الکتریکی به صورت زیر داشته باشد‪:‬‬
‫‪Em  z , t   Em sin(k m z ) sin mt   m ‬‬
‫که در آن ‪( Em‬دامنه ی میدان الکتریکی)‪:‬‬
‫‪Em  E0 1   cost ‬‬
‫فرکانس مدوالسیون‬
‫شاخص مدوالسیون ‪AM‬‬
‫با اعمال ‪ Em‬در)‪ Em(z,t‬جمالتی با فرکانس های ‪  m  ‬حاصل می‬
‫شود که این دو جمله دو فرکانس در دو طرف مد ‪ ωm‬مورد نظر‬
‫هستند‪.‬‬
‫‪6‬‬
m  
m  
m
c/L
cavity
modes
m  
ωm-1
ωm+1
Frequency
‫نزدیکتر باشد قفل شدگی فرکانس های‬
c) / L ( ‫ به‬Ω ‫هر چه‬
.‫ قویتر است‬ωm-1 ‫ و‬ωm+1 ‫با مدهای‬
7
‫مدوالسیون ‪FM‬‬
‫میدان الکتریکی موج‪Em ( z, t )  Em sin(k m z ) sin(mt   m   cos t ) :‬‬
‫فرکانس مدوالسیون‬
‫شاخص مدوالسیون ‪FM‬‬
‫جمالتی با فرکانس هایی به صورت‬
‫با بکار بردن روابط مثلثاتی برای ‪ cost‬‬
‫‪m  3 ، m  2 ، m  ‬و‪...‬تولید می شود‪.‬‬
‫‪m  ‬‬
‫‪m  ‬‬
‫‪m‬‬
‫‪c/L‬‬
‫‪8‬‬
‫‪Frequency‬‬
‫‪ωm+1‬‬
‫‪ωm-1‬‬
‫‪cavity‬‬
‫‪modes‬‬
‫قفل شدگی اکوستواپتیکی‬
‫‪‬در این روش از اتالف کاواک برای مدوله کردن استفاده می شود‪(.‬مدوالسیون دامنه)‬
‫‪ ‬این روش براساس پراش نور از یک موج صوتی (توری پراش) می باشد‪.‬‬
‫‪ ‬یک موج مانای صوتی در محیط تغییر ضریب شکستی به صورت زیر تولید می کند‪.‬‬
‫‪Dnx, t   a sin s t   sin k s x‬‬
‫‪S‬‬
‫‪INCIDENT LIGHT‬‬
‫‪DIFFRACTION LIGHT‬‬
‫‪9‬‬
‫‪‬قدرت پراکنده کنندگی موج صوتی مانا به طور دوره ای در زمان با‬
‫فرکانس‬
‫‪ 2ωs‬تغییر می کند‪.‬‬
‫‪‬در این صورت اتالفات کاواک به طور دوره ای مدوله می شوند (با فرکانس ‪) 2ωs‬‬
‫‪ ‬فرکانس مدوالسیون (‪ )2ωs‬دو باند کناری برای مد به وجود می آورد که اگر بسیار‬
‫نزدیک به مدهای مجاور باشند قفل شدگی بین باند و مد حاصل می شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪Acoustic‬‬
‫‪transducer‬‬
‫‪Output‬‬
‫‪beam‬‬
‫‪10‬‬
‫‪Diffracted‬‬
‫)‪Beam (Loss‬‬
‫‪Input‬‬
‫‪beam‬‬
‫‪Quartz‬‬
‫‪‬‬
‫قفل شدگی با الکترواپتیک‬
‫میدان ناش ی از ولتاژ اعمالی به سلول‬
‫‪ ‬سلول ‪ pockels‬ضریب شکستی به صورت زیر دارد‪:‬‬
‫‪‬میدان الکتریکی موج ‪:‬‬
‫‪n  n0  Ea‬‬
‫‪Em ( z, t )   m sinm ( nz‬‬
‫)‪ t‬‬
‫‪c‬‬
‫‪ ‬سلول ‪ pockels‬میدان الکتریکی وارد شده را به دو مولفه ی قطبیده عمود بر هم‬
‫تجزیه می کند (با ضریب شکست مختلف)‬
‫‪ ‬تغییر ضریب شکست‪ ،‬اختالف فازی بین مولفه های میدان موج اعمال می کند که‬
‫منجر به اختالف فاز موج ورودی و خروجی متناسب با ‪ βEaz‬می شود‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫‪‬با انتشار میدان موج دراین محیط به طول ‪ Eal ، l‬را در فاز داریم که همان‬
‫ولتاژ اعمالی به سلول است پس اگر‪ V‬به صورت سینوس ی تغییر کند‪ ،‬فاز میدان‬
‫موج‪ ،‬تغییرات سینوس ی در فرکانس جدایی ‪ Δ‬دارد پس مدوالسیون ‪ FM‬داریم‪.‬‬
‫‪Polarizer‬‬
‫‪V‬‬
‫موادی مانند ‪ KD*P ،KDP ،LiTaO3 ،LiNbO3‬به عنوان ماده الکترواپتیک‬
‫بکار می روند‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫تولید پالس کوتاه با جاذب اشباع پذیر‬
‫‪‬جذب جاذب اشباع پذیر به صورت زیر به شدت مربوط می شود‪.‬‬
‫‪a0‬‬
‫‪I‬‬
‫‪1‬‬
‫‪I sat‬‬
‫‪‬دو مد نوسان کننده را در کاواک درنظر می گیریم با فرکانس های ‪ω1‬و‪.ω2‬‬
‫‪a‬‬
‫‪.‬‬
‫) ‪E1 ( z , t )  1 sin k1 z sin(1t  1‬‬
‫) ‪E2 ( z , t )   2 sin k 2 z sin(2t   2‬‬
‫‪‬با محاسبه ی شدت این دو مد ‪ (E1+E2)2‬و میانگیری آن در چند دوره خواهیم دید‬
‫که میانگین شدت با زمان به صورت سینوس ی تغییر می کند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪c 0 2 2‬‬
‫‪I ( z, t ) ‬‬
‫) ‪1 sin k1z   22 sin2 k2 z  21 2 sink1z sink2 z cos(Dt  1  2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪13‬‬
‫‪‬اتالف کاواک(جذب) مدوله شده ای در فرکانس جدایی دو مد ‪ Δ=ω1-ω2‬حاصل‬
‫می شود که دو مد را با تولید فرکانس های مجاور قفل می کند‪.‬‬
‫‪‬در کاواکی شامل محیط جاذب اشباع پذیر و تقویت کننده‪ ،‬می توان نشان داد که با‬
‫چندین رفت و برگشت پالس در کاواک‪ ،‬در نهایت در خروجی پالس ی بسیار کوتاه با شدت‬
‫زیاد به دست می آوریم‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫حذف شدت های ضعیف در کاواک‬
‫‪Intensity‬‬
‫)‪time (fs‬‬
‫‪DODCI, DCM‬‬
‫‪DQOCIDODCI, Kiton red‬‬
‫‪DODCI, Rh6G‬‬