لیزر رامان
-
لیزر رامان

تعریف: لیزری که بیشتر  بر اساس بهرة  رامان به دست آمدهاست تا بهرة لیزر گسیل القایی.
لیزر رامان یک منبع نور شبیه به لیزر معمولی است، اما با یک محیط تقویت کنندهبیشتر بر پایة بهره رامان (پراکندگی رامان القایی) تا گسیل القایی از اتم ها و یون های برانگیخته. نکته جذاب و قابل توجه این وسیله این است که با انتخاب مناسب طول موج دمش می توان به هر طول موج رامان دست پیدا کرد  به شرطی که هر دو طول موج در منطقه شفاف ماده و به اندازه کافی دارای شدت بوده و درجه بالایی از غیرخطی بودن داشته باشد.
انواع مختلف لیزر رامان
محیط فعال رامان معمولا یک فیبر اپتیکی یا توده کریستالی است، اما گاها گاز نیز هست. مسیر برهم کنش طولانی در فیبرها سبب می شود که به آسانی از آستانه تجاوز کنند، به خصوص اگر یک مشدد با اتلاف کم ساخته شده باشد. عملکرد به صورت موج پیوسته با توان های دمش و خروجی از مرتبه صدها میلی وات تا چندین وات ، ممکن است. در محدوده طیفی بهره رامان، طول موج لیزر با توری فیبری براگ انتخاب می شود، که همچنین منجر به نشر با پهنای باندکوچک می شود، اگرچه دستیابی به عملکرد به صورت تک فرکانس به دلیل برهم کنش غیرخطی، دشوار است.
لیزرهای رامان فیبری آبشاری با جفت های تودرتو توری فیبری براگ می توانند ساخته شوند. نوسان در یک مرتبه رامان برای دمش مرتبه دیگر استفاده می شود. از این تکنیک می توان به عنوان مثال برای ساختن منبع دمش 1480nm برای تقویت کننده های فیبری که دارای آلایش اربیوم هستند استفاده کرد، که خود آن تحت دمش با لیزر حالت جامد 1064nm است.
شکل1- بلور KGW فاقد آلایش (پتاسیم گادولینیوم تنگستات) به صورتی که می‌توان در لیزرهای رامان استفاده کرد
لیز رامان همچنین گاهی اوقات در لیزر حالت جامد استفاده می شود. در اینجا، محیط فعال رامان می تواند یک کریستال باشد(به عنوان مثال ساخته شده از نیترات باریم، تنگستات گادولینیوم پتاسیم KGW یا الماس مصنوعی) که داخل کاواک جداگانه قرار داده شده است، و یا یک کریستال رامان اضافی که داخل مشدد لیزر قرار دارد. گاهی اوقات، حتی کریستال خود لیزر می تواند مورد استفاده قرار گیرد (تبدیل رامان درون کاواکی) به عنوان مثال دربلور تنگستات با آلایش ایتربیم یا کریستال وانادات به عنوان محیط رامان فعال، به دلیل طول کوتاه برهم کنش(در مقایسه با فیبر) در حد چند سانتی متر، آستانه رامان بالاست و  معمولا می تواند در مد Q سوئیچ با طول پالسی در حد نانوثانیه عمل کند. گرچه عملکرد در مد پیوسته نیز با بهینه کردن اتلاف مشدد ممکن می شود. حتی ممکن است تبدیل غیرخطی فرکانس با یک دوبرابر کننده فرکانس داخل کاوک، را نیز انجام دهد. بهینه سازی برخی وسیله ها برای توان خروجی بالا مخصوصا در این لیزرها به دلیل داشتن همگرایی قوی گرمایی در کریستال لیزر و کریستال رامان، آسان نیست. همچنین مطالبات غیرقابل چشم پوشی در زمینة لایه نشانی آینه دی الکتریک وجود دارد که باید مشخصه‌هایی را در 3 طول موج یا بیشترپوشش دهد.
لیزرهای فیبری رامان اغلب با لیزرهایی که دارای آلایش عناصر کمیاب خاکی هستند، پمپ می شوند. اگرچه، دمش دیودی در صورتیکه لیزرهای دیودی با درخشندگی بالا در دسترس باشد نیز ممکن است.
لیزرهای رامان برپایه موجبرهای روی چیپ در سیلیکان ارائه شده‌اند. لیزر رامان سیلیکان با وجود طول برهمکنش کوتاه، ممکن است، زیرا سیلیکان دارای ضریب بهره بسیار بالا است، و در استفاده موجبری یک محدودکننده مد قوی است. یک اثر مضر جذب دو فوتونی است. توجه داشته باشید که یک لیزر رامان سیلیکان هنوز هم نیاز به یک لیزر دمش خارجی دارد ( که دستیابی به آن با سیلیکان دشوار است)، اما با این وجود دستیابی به طول موج های بلندی را ممکن کرده است که در غیر از راهی دیگر توسط سیلیکان ممکن نبود. موج پیوسته لیزر رامان نیز با میکروکاواک های حلقوی برپایه سیلیکان نشان داده شده است.
گازها می توانند به عنوان محیط بهره رامان استفاده شوند. لیزرهای گازی رامان معمولا قدرت دمش آستانه بالا دارند، اما دستیابی به توان آستانه پایین با استفاده از مشددهای لیزری با ظرافت بالا ممکن است. همچنین دستگاه ها با آستانه پایین با فیبرهای کریستالی فوتونیکی که سوراخ های ریز آن با گاز پر شده است، ساخته می شود.
از آنجا که تقویت رامان در شدت های بالا عمل می کند، برخی اثرات غیرخطی مثل اثر کر یا ادغام چهار موج در این دستگاهها غیر قابل چشم پوشی است. بنابراین عملکرد لیزر رامان در شرایطی مثل داشتن خط با پهنای کم، دشوار است.
 

1395/6/24