18066

18066

بهبود عملكرد ليزر ديسك نازك از طريق بهينه سازي سامانۀ دمش، براي توان هاي از مرتبۀ كيلووات

دكتري

اتمي مولكولي

مهرماه 1396

دكتر اسماعيل اسلامي

فيزيك

چكيده اين رساله به بررسي نسل جديدي از ليزرهاي حالت جامد با ماده فعال به شكل ديسك نازك مي¬پردازد. اين دسته از ليزرها به دليل قابليت¬هاي فيزيكي و اپتيكي مناسبي كه از خود نشان داده¬اند، در سال¬هاي اخير مورد توجه بسياري قرار گرفته¬اند. با توجه به نقش مهم دمش در توليد، بازده و كيفيت پرتو خروجي ليزر ديسك نازك، چگونگي دمش اپتيكي و راه¬هاي بهبود آن، بصورت شبيه سازي و تجربي براي ليزرهاي ديسك نازك ساخته شده در مركز ملي علوم و فنون ليزر ايران مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات قبلي بر روي اين نوع از ليزرها نشان مي¬دهند، هرچه شكل ناحيه¬ي دمش در ديسك به دايره نزديك¬تر، و چگالي شدت آن در اين ناحيه يكنواخت¬تر باشد، بازده و كيفيت پرتوِ بهتري در خروجي به دست خواهد آمد. در اين رساله نخست عوامل مهمي كه موجب نايكنواختي در توزيع شدت و انحراف از شكل دايره¬اي دمش مي¬شوند شناسايي شده، و سپس تكنيك¬ها و روش¬هاي مختلفي براي جبران آن پيشنهاد مي¬شود. كارايي اين روش¬ها ابتدا از طريق شبيه سازي با نرم افزار "تريس- پرو" بررسي شده، و نتايج شبيه سازي¬ها بصورت تجربي در توان¬هاي دمش پايين تاييد شده¬اند. در ادامه براي ايجاد پرتوي پر توان (از مرتبه چند كيلووات) براي دمش ليزر ديسك، روشي ساده براي تركيب تابش¬هاي چند ليزر-ديود معرفي شده است. امكان بهبود لكه¬ي دمش در ليزر ديسك دميده شده توسط باريكه¬ي پرتوان حاصل از اين روش، با استفاده از سامانه¬هاي معرفي شده در اين رساله، توسط شبيه سازي و به صورت تجربي، در چيدمان آزمايشگاهي تأييد شده¬اند. نتايج اندازه¬گيري¬هاي تجربي نشان مي¬دهند در صورت انتخاب سازگار و مناسب عوامل مؤثر در بازده، استفاده از سامانه¬هاي دمشِ بهينه سازي¬ شده، بازده و كيفيت پرتو در اين ليزر پر توان را بهبود خواهد داد. بهينه سازي ديگري كه در گام آخر در اين رساله به آن پرداخته شده، افزايش تعداد عبورهاي نور دمش از درون ديسك در سامانه¬ي دمش است. تحقيقات انجام شده براي افزايش تعداد عبورهاي نور دمش از درون ديسك در سامانه¬ي دمش، تا كنون يكي از اصلي ترين پايه¬هاي بهبود ويژگي¬هاي باريكه خروجي اين ليزر بوده است. در اين رساله راه¬كاري تازه براي اين منظور پيشنهاد شده است. امكان استفاده از اين روش ابتدا با شبيه سازي مورد بررسي قرار گرفته و سپس با چيدمان آزمايشگاهي مناسب مورد راستي آزمايي قرار گرفته است. بر پايه¬ي نتايج به دست آمده، امكانات سخت افزاري مورد نياز، و شرايط لازم براي ايجاد بازده مناسب در استفاده از راه¬كار معرفي شده، بحث شده است. واژه‌هاي كليدي: ليزر ديسك نازك، شبيه سازي دمش ليزر ديسك، بهبود لكه دمش در ليزر ديسك، سامانه چند عبوري، تركيب تابش ليزر-ديودها.

1396/08/29

11/20/2017 12:00:00 AM

Abstract: This PhD. Dissertation consider the new generation of solid state lasers, in which thin disk crystal uses as active medium. This type of lasers has been considered in recent years, due to their excellent properties. Pumping mechanism in thin disk lasers plays an important role in efficiency and output laser beam quality. So the optical pumping and its modification methods investigated here by simulation and experimentally, in order to improve manufactured thin disk lasers in “Iranian National Center for Laser Science and Technology” (INLC). According to previous studies, as much as the pumping area is closer to circular shape and pumping absorption density is more uniform in this area, the laser shows better efficiency and output beam quality. At first in this thesis, the reasons of non-uniformity in pumping absorption density and deviation of pumping spot from desired shape are investigated. Then based on simulation investigations by “Trace-ProTM” software, a few methods are suggested to overcome the problems. The methods are examined experimentally by appropriate laboratory setups. In low pumping power, the empirical results confirm simulation predictions of pumping spot quality improvement, and higher laser efficiency as well. In continue, to prepare high power beam source for thin disk laser pumping, a simple way in combination of four laser-diodes radiations introduced. Computer simulations confirm the ability of suggested pumping modifications, to provide acceptable pumping spot, in this high power pumping setup. Simulation results are tested through experimental measurements in laboratory setups. Experimental results show that, by adapting the pumping parameters, the modified setups can improve laser characteristics in our introduced high power pumping in agreement with simulation results. At last, due to the fact that the number of passes of pumping beam through the active medium in thin disk laser pumping has a key role in laser parameters enhancements, a simple method for increasing the number of pumping beam passes through the disk is introduced. This method examined by setup simulation and experimental measurements. Required facilities and desired conditions under those, the usage of introduced multipass configuration becomes efficient, is discussed. Keywords: thin disk laser, thin disk laser pumping simulation, pumping spot improvement in thin disk laser, multipass system, laser-diodes radiation combination.