بررسی تمرکز و همگرایی لیزر هارمونیک دوم چرخ واگن با استفاده از روش اجزای محدود گلرکین

این تحقیق به​منظور بررسی تمرکز و همگرایی لیزر هارمونیک دوم فیبر چرخ واگن سه​حفره ای با هسته لیتیوم تالیم اکسید (LiTaO3) با استفاده از روش اجزای محدود صورت گرفته است. این ماده تقارن مرکزی ندارد و توانایی ایجاد هارمونیک دوم را دارد.
هنگامی​که نور ورودی با طول موج 866/0 میکرومتر وارد فیبر می شود، به​دلیل نوع ساختار فیبر و نیز به​دلیل ماده ایجادکننده هارمونیک دوم در هسته فیبر، شدت قله موج فرودی در اثر انتشار در این محیط غیر خطی افزایش می​یابد و هارمونیک های بالاتر به​ویژه هارمونیک دوم را ایجاد می کند. معادله حاکم بر فیبر، معادله ویژه مقداری غیرخطی است که برای حل ویژه مقادیر آن از روش عددی اجزای محدود که بسیار دقیق است استفاده شده است.
براساس معادلات موج، ویژه مقادیر مربوط به هارمونیک اول و دوم محاسبه​شده و نمایش دو و سه​بعدی همگرایی میدان های الکتریکی هم بسته با ویژه مقدار هارمونیک دوم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تحول و رشد این مدها و نیز توان خروجی برای 4 شدت انتخابی در مسیر Z از طول فیبر محاسبه شده است. توان بالایی حدود 400 وات نیز برای این فیبر حاصل شده است.
باتوجه به مش بندی دقیق و انعطاف پذیربودن روش اجزای محدود در شرایط مرزی، این روش از بین دیگر روش های شبیه سازی موجود (FDTD،FDFD و...) انتخاب شده است. توان بالا و تراکم و همگرایی شدید توزیع میدان الکتریکی ناشی از این فیبر قابل ملاحظه بوده است. به دلیل تمرکز و همگرایی بالای موج خروجی، پیشنهاد می شود که از این فیبر در ایجاد لیزرهای هارمونیک دوم جهت کاربرد در جراحی به عنوان ابزاری در تیغه جراحی و ازبین بردن تومورها به دلیل ایجاد حرارت زیاد استفاده شود. محدودیت این روش در کنترل حرارت ایجادشده می باشد و بایستی طوری اعمال شود که به سلول های سالم آسیبی وارد نشود.