19954

۱۹۹۵۴

طراحي و ساخت ليزر فيبري ۱۵۰۰ وات با كيفيت پرتو بهينه با كنترل ناپايداري مدي

دكتري تخصصي

فيزيك - اتمي و مولكولي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۹/۱۲

دكتر مهدي شايگان منش

فيزيك

در اين پايان نامه با استفاده از شبيه سازي و حل معادلات نرخ، پارامترهاي ليزر فيبري 1500 وات تك مد تعيين شده است. با استفاده از نتايج شبيه سازي، طراحيانجام شده و به طور تجربي بررسي شده است. سناريوهاي متفاوت با استفاده از چيدمان¬هاياسيلاتور و تقويت كننده، تست و بهينه شده است.براي دستيابي به هدف مورد نظر پارامترهايي از جمله توان خروجي ليزر، طول موج ليزر، پهناي طيفي ليزر و كيفيت باريكه (M2) آن اندازه گيري شده و با استفاده از چيدمان¬هاي متفاوت بهينه شده است. در ارتقاء توان و رسيدن به توان 1500 وات راه كارهايي براي كنترل ناپايداري مدي كه باعث افزايش(M2) و عدم دستيابي به كيفيت باريكه حد پراش مي¬شود و اثر غير خطي SRS(Stimulated Raman Scattering) كه باعث تغيير طول موج و طيف خروجي ليزر مي¬شود، ارائه و برطرف شدن آنها به صورت تجربي بررسي شده است. تفاوت دمش از يك طرف و دمش از دو طرف براي چيدمان¬هاي متفاوت و تاثير دمش از دو طرف براي كنترل ناپايداري مدي به طور تجربي بررسي شده است. تفاوت ناپايداري مدي در اسيلاتورها با ناپايداري مدي در تقويت كننده¬ها به طور تجربي بررسي شده است. با استفاده از يك چيدمان ابتكاري آستانه توان ناپايداري مدي اسيلاتور¬ها ارتقاء داده شده و به طور تجربي بررسي شده است. براي برطرف كردن ناپايداري مدي از چيدمان تقويت كننده استفاده شده و به طور تجربي بررسي شده ولي نوع جديدي از ناپايداري مدي ناشي از SRS مشاهده شده است. اثر غير خطي SRS و بنابراين ناپايداري مدي ناشي از آن در چيدمان تقويت كننده برطرف شده و در نهايت ليزر فيبري 1500 وات با كيفيتباريكهنزديك حد پراش محقق شده است. واژه‌هاي كليدي:ليزرهاي فيبري ايتربيوميكيلو واتي، تقويت كننده فيبري،كيفيت باريكه حدِ پراش، ناپايداري مدي، اثر غير خطي .SRS

1397/10/26

Design and manufacturing of 1500W CW fiber laser with optimized beam quality by controlling mode instability

12/3/2019 12:00:00 AM

Abstract: In this thesis, Parameters of a 1500W single mode fiber laser is determined via Numerical simulation and solving the rate equations. Based on the numerical simulation results the appropriate setup is designed and prepared for fabrication. Then various approaches are examined and modified by using different oscillator and amplifier configurations. To reach the goal the parameters such as laser output power, laser spectral width and laser beam quality (M2) are measured and modified via examining different configurations. In power scaling up to 1500W some strategies are proposed for controlling modal instabilities (MI)-which increase M2 parameter and destroys the diffraction limited beam quality. Moreover, suppressing method for controlling nonlinear effect of Stimulated Raman Scattering (SRS) is introduced and experimentally investigated. Deference between co pumping and bidirectional pumping schema for various configurations and the effect of bidirectional pumping scheme on controlling MI are experimentally investigated. The difference between MI in fiber oscillators and amplifiers are also investigated experimentally. By an innovative configuration, MI threshold of fiber oscillators is enhanced and experimentally investigated. To mitigate MI of 1500W fiber laser, different aspects of the fiber amplifier configuration is experimentally studied and new type of MI which is induced by SRS is observed. The nonlinear SRS effect and resulted MI is suppressed and eventually, the 1500W fiber laser with diffraction limited beam quality is obtained. Keywords: Kw level Ytterbium doped fiber lasers, fiber amplifiers, diffraction limited beam quality, modal instability, SRS nonlinear effect.