شماره ركورد
34004
پديد آورنده
حميد سروعليشاه
عنوان
طراحي و شبيه سازي ليزر ديسك فشرده1 kW با كيفيت باريكه نزديك به مد پايه
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
فيزيك - اپتيك ليزر
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/7/14
استاد راهنما
دكتر مهدي شايگان منش
استاد مشاور
فاقد استاد مشاور
دانشكده
فيزيك
چكيده
در اين رساله راهكاري براي طراحي تشديدگر پايدار ليزر ديسك ارائه شده است، به طوري كه با طول موثر كوتاه، قابليت دست يابي به توان بالا و كيفيت باريكه نزديك به مد پايه را فراهم كند. نيل به اين هدف از دو روش نرم افزاري و سخت افزاري پيگيري شده است. در بخش نرم افزاري، طراحي چنين تشديدگري، مستلزم توسعه فرمول بندي مناسب براي بهينه سازي ملاحظات اندازه لكه و حساسيت ناهمترازي و پايداري ديناميكي ميباشد. در اين راستا با استفاده از روش ماتريسي و انتشار باريكه گوسي با استفاده از قانون ABCD براي باريكه گوسي، اندازه لكه مد پايه درون تشديدگر و حساسيت ناهمترازي و پايداري ديناميكي در تشديدگرهاي چند بار تاشده به منظور دستيابي به طول موثر كوتاه مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. در روش ارائه شده، پارامترهاي هندسي بهينه تشديدگر، با اعمال محدوديتهاي طول، ميزان مجاز حساسيت ناهمترازي و محدوده پايداري ديناميكي، محاسبه و به دست مي¬آيد. با استفاده از اين الگوريتم طراحي، به عنوان نمونه، پارامترهاي هندسي چند تشديدگر با طول موثر كوتاه ارائه شده است. در نمونههاي ارائه شده، طول بازوهاي تشديدگر حداكثر 50cm و اندازه لكه مد پايه بر روي ماده فعال بيش از 2.4mm بدست آمده است و در عين حال پايداري ديناميكي خوب و حساسيت كم به ناهمترازي نيز تأمين شده است. رهيافت و الگوريتم طراحي ارائه شده در اين طرح قابل استفاده براي طراحي تشديدگر پايدار ليزر ديسك و ساير ليزرهاست. با استفاده از راهكار محاسبه حساسيت ناهمترازي، پارامتر حساسيت نقطه¬اي كه برآوردي از پايداري نقطه¬اي ارائه مي¬دهد، تعريف شده است كه مي¬تواند در طراحي ليزر سودمند باشد. در بخش سخت افزاري، طولهاي بلند تشديدگر بين جفت آينه تخت متوازيالسطوح ساندويچ ميشوند. در فولد كردنهاي مكرر از مهمترين ملاحظاتي كه بايد درنظر گرفته شود حساسيت ناهمترازي است. استفاده از المان اپتيكي جفت آينه تخت متوازيالسطوح در تشديدگر، مستلزم توسعه فرمول بندي مناسب براي بهينه سازي ملاحظات حساسيت ناهمترازي ميباشد. در اين راستا نيز با استفاده از روش ماتريسي و انتشار باريكه گوسي با استفاده از قانون ABCD براي باريكه گوسي، اندازه لكه مد پايه درون تشديدگر و حساسيت ناهمترازي به كمك كدنويسي توسط نرم افزار متلب محاسبه و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. با استفاده از المان اپتيكي جفت آينه تخت متوازيالسطوح، به عنوان نمونه، چند طرح تشديدگر با طول موثر كوتاه ارائه شده است. در نمونههاي ارائه شده، طول موثر تشديدگر حداكثر 30cm و اندازه لكه مد پايه بر روي ماده فعال بيش از 2.8mm بدست آمده است و در عين حال پايداري ديناميكي خوب و حساسيت كم به ناهمترازي نيز تأمين شده است. نتايج اين تحقيق نشان ميدهد ميتوان بازوهاي هر تشديدگري را بوسيله جفت آينه تخت متوازيالسطوح كوتاه كرد بدون اينكه حساسيت چنداني نسبت به ناهمترازي به سيستم اضافه شود.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/25
عنوان به انگليسي
Design and simulation of 1kW compact disk laser at near fundamental mode beam quality
تاريخ بهره برداري
10/6/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حميد سروعليشاه
چكيده به لاتين
In this thesis, a solution is proposed for designing a stable disk laser resonator that can achieve high power and beam quality close to the fundamental mode with a short effective length. This objective has been pursued through two software and hardware methods. In the software aspect, designing such a resonator necessitates developing an appropriate formulation to optimize considerations of spot size, misalignment sensitivity, and dynamic stability. In this context, the matrix method and Gaussian beam propagation using the ABCD law for Gaussian beams have been employed to analyze the fundamental mode spot size within the resonator, misalignment sensitivity, and dynamic stability in multi-folded resonators, all aimed at achieving a short effective length. The optimal geometric parameters of the resonator are calculated and derived by applying length constraints, permissible misalignment sensitivity, and dynamic stability ranges. The plot of the spot size on the mirrors and the misalignment sensitivity as a function of the radius of curvature of the disk (due to thermal lensing) was examined for the obtained results to determine the optimal design parameters. Utilizing this design algorithm, several resonators with short effective lengths are presented as examples. In these examples, the length of the resonator arms reaches up to 50 cm, and the fundamental mode spot size on the active material exceeds 2.4 mm, while also ensuring good dynamic stability and low misalignment sensitivity. The approach and design algorithm presented in this project can be utilized to create a stable resonator for disk lasers and other types of lasers. Using the misalignment sensitivity calculation solution, a pointing sensitivity parameter has been established that offers an estimate of pointing stability, which can be beneficial in laser design. In the hardware component, the long lengths of the resonator are compressed between pair parallel flat mirrors. During repeated folding, one of the most critical factors to consider is the sensitivity to misalignment. The implementation of pair parallel flat mirror optical elements in the resonator necessitates the development of an appropriate formulation to optimize considerations regarding misalignment sensitivity. In this context, employing the matrix method and Gaussian beam propagation through the ABCD law for Gaussian beams, the fundamental mode spot size within the resonator and the misalignment sensitivity have been calculated and analyzed using MATLAB software. Using the pair parallel flat mirror optical elements as a case study, several resonator designs with short effective lengths have been presented. In the examples provided, the effective length of the resonator reaches up to 30 cm, and the fundamental mode spot size on the active material exceeds 2.8 mm, while also ensuring good dynamic stability and low sensitivity to misalignment. The findings of this research indicate that the arms of each resonator can be shortened by employing pair parallel flat mirrors without significantly increasing the systemʹs sensitivity to misalignment.
كليدواژه هاي فارسي
ليزر پرتوان , ساختار هندسي , تشديدگر ليزر ديسك , طول موثر , كيفيت باريكه , حساسيت ناهمترازي
كليدواژه هاي لاتين
High-power laser , Geometric structure , Disk laser resonator , Effective length , Beam quality , Misalignment sensitivity
Author
Hamid Sarvalishah
SuperVisor
Mahdi Shayganmanesh