طراحی تقویت کننده های لیزری فیبری توان بالای موج پیوسته و پالسی نانوثانیه و ساخت یک پیش تقویت کننده100mw پالسی
چکیده
در سال های اخیر لیزرها و تقویت کننده های فیبری با آلایش عناصر خاکی نادر توجه زیادی را در زمینه ی مخابرات نوری، صنعت، پزشکی و صنایع نظامی به خود جلب کرده اند. این لیزرها به دلیل مزیت هایشان به سرعت در حال جایگزینی ادوات لیزری پرحجم متداول در کاربردهای مختلف هستند. از جمله مزیت های این لیزرها می توان به کیفیت پرتوی بالا، بازدهی بالا، فشردگی و پایداری طول موج در برابر دما اشاره کرد. در این لیزرها امکان دسترسی به توان خروجی در حد کیلووات با بازده بیش از 80 درصد وجود دارد. فیبرهای با آلاییدگی ایتربیوم به خاطر مزایای متعددشان که از ساختار الکترونی ساده آن ها نشأت می گیرد، مورد توجه کاربران توان بالا است. با این وجود، رفتار ادوات فیبری با آلاییدگی ایتربیوم شدیداً متأثر از انتخاب طول موج های جذب و گسیل، گسیل خودبه خودی تقویت شده و پارامترهای دیگر است. همچنین افزایش توان در این فیبرها باعث ایجاد اثرات غیرخطی نامطلوب می شود. تحلیل دقیق تئوری به منظور بهینه سازی عملکرد تقویت کننده ها ی فیبری و همچنین ارزیابی میزان تأثیر گسیل خودبه خودی تقویت شده، اثرات غیرخطی و غیره الزامی است. هدف از این پایان نامه مطالعه ی طراحی تقویت کننده های لیزری فیبری توان بالا برای تقویت کنندگی امواج پیوسته و پالسی نانوثانیه است. بدین منظور مدل سازی این تقویت کننده ها با استفاده از معادلات نرخ لیزری وابسته به زمان بررسی شده است. بعد از به دست آوردن این معادلات برای تقویت کننده های فیبری، آن ها را با استفاده از روش عددی رانج کوتای مرتبه چهار برای حالت موج پیوسته و روش عددی تفاضل محدود برای حالت پالسی نانوثانیه برای فیبرهای دو غلاف با آلاییدگی ایتربیوم حل می کنیم و رفتار تقویت کننده را در این حالت ها بررسی می کنیم. در حالت موج پیوسته، مشخصه های مختلف مانند توزیع توان سیگنال و پمپ، جمعیت تراز بالا و توان گسیل خودبه خودی تقویت شده و غیره را در امتداد فیبر به دست می آوریم. در حالت پالسی مشخصه هایی مانند تغییر شکل پالس خروجی، تغییرات زمانی انرژی پالس، توزیع جمعیت تراز بالا، گسیل خودبه خودی تقویت شده و غیره را به دست می آوریم. سپس تقویت کننده ی فیبری دوغلاف با آلایش ایتربیوم تحت پمپ رو به جلو، پمپ رو به عقب و پمپ دو طرفه برای تقویت ورودی موج پیوسته و پالسی نانوثانیه با در نظر گرفتن پارامترهای مختلف بهینه سازی می شود. در نهایت نتایج ساختو اندازه گیری یکنمونه تقوی تکننده ی لیزری فیبری پالسی با توان خروجی mw 100، پهنای پالس ns 150 و نرخ تکرار khz 500 ارائه می گردد.