Hierarchically slaved multipulsing mode-lock dynamics
Hiyerarşik olarak çoklu darbe mod-kilit dinamiği
- Tez No: 687122
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 177
Özet
Pasif mod kilitleme, optik enerjinin bir lazer boşluğunda dar darbelere doğru kendiliğinden toplanmasıdır. Çoğu zaman, boşlukta mevcut olan enerji, sayıları, enerjileri veya zamansal konumları üzerinde çok az kontrol ile birden fazla aynı zamanda var olan darbelere gider. Bu fenomen, belirsiz bir şekilde darbe enerjisi kuantizasyonu olarak bilinir ve optik doğrusal olmayanlığın neden olduğu darbe bölme ile anekdot olarak bağlantılıdır. Araştırma, esas olarak, darbeleri daha yüksek enerjilere yönlendirirken darbe enerjisi kuantizasyonundan ve bununla ilişkili herhangi bir karmaşık davranıştan kaçınmaya odaklanmıştır. Karmaşık çoklu darbe davranışı, genellikle, onu kontrol etmek için çok az umutla karmaşık doğrusal olmayan dinamiklerle dolu bir kara kutunun çıktısı olarak kabul edilir. Bu dinamiklerin açık ve uygulanabilir bir şekilde anlaşılmasına yönelik bir ihtiyaç vardır. Bu tezin merkezi noktası, standart, birkaç boyutlu, neredeyse deterministik doğrusal olmayan dinamiklerin bu anlayışı sunduğudur; Mod kilitleme, mod kilitlemede yer alan hızlı darbe şekillendirme mekanizmaları nedeniyle, optik darbeleri şekillendiren binlerce optik modun gürültülü etkileşimlerinin gerçekten bir sonucu olsa da, darbe şekilleri bir veya birkaç düzen parametresine (order parameter), darbe enerjisi gibi, bağımlı (slaved) olma eğilimindedir. Dolaysıyla, karmaşık davranış, çok daha basit, doğrusal olmayan dinamik bir sistemin sonucu olarak anlaşılır. Bu anlayış, çoklu darbe içeren bir Mamyshev osilatörü üzerindeki deneylerimizle desteklenir ve karşılığında, onu güvenilir bir şekilde kontrol etmeye yönlendirir. Bu kontrol ile, bilimsel bir meraktan fazla olamayan çoklu darbe lazerleri, ablasyon soğutmalı malzeme kaldırma ve frekans metrolojisi gibi uygulamalar için teknolojik olarak değerli hale gelir. İlk olarak, çoklu darbe sorununu ele alıyoruz. Her darbenin evrimini gösteren bir enerji haritası tanımlarız. Enerji haritasını kullanarak, bir darbenin büyümesi kendi kendini sınırlandırıyorsa, yani enerji haritası sabit bir kazançta bile stabil bir sabit noktaya sahipse, kazanç üzerindeki yarışmaya rağmen birden fazla darbenin aynı zamanda bulunmasına izin verildiğini gösteriyoruz. Enerji haritası benzer şekilde, pertürbasyonlara tepki, özdeş olmayan atımlar ve periyot ikiye katlanması gibi yakından ilişkili fenomenleri açıklar. Lazerimizde ve diğerlerinde bu fenomenlere yol açan fiziksel süreçler paralel olarak tartışılır ve farklı bilimsel sistemlerle analojiler çizilir. Enerji haritası tarafından birçok çekiciye izin verilir, bu da çatallanmaların, histerezisin ve darbe doğumun kinetiğinin etkisini vurgular. Buna göre, çok darbeli lazerlerin kontrolü için yönergeler ve Mamyshev osilatöründeki darbelerin sayısını kontrol etmek için bir prosedür sunuyoruz. Darbe sayısını kontrol ettikten sonra, dikkatimizi darbelerin aldıkları zamansal organizasyona çeviriyoruz. Bir lazer boşluğunda bir arada bulunan darbeler, aralarındaki uzun menzilli etkileşimler nedeniyle kararlı modellere doğru gelişme eğilimindedir. Literatürde birkaç etkileşim mekanizması önerilmiştir, ancak darbe etkileşimleri hala tam olarak anlaşılamamış durumdadır. Bunun nedeni kısmen olası etkileşim mekanizmalarının çokluğu ve kısmen de bu etkileşimlerden kaynaklanan dinamikleri analiz etmeden darbelerin etkileşime girmesine izin veren fiziksel süreçler üzerindeki tartışmaların odak noktasıdır. Zamansal organizasyon dinamiklerinin bağımlı (slaved) olduğunu savunarak, tüm uzun menzilli etkileşim mekanizmaları için dinamik sistem formunu sunuyoruz ve bu dinamik sistemi kullanarak, ilk kez harmonik mod kilitlemeye izin veren kriterini türetiyoruz. Literatürdeki etkileşim mekanizmaları arasında karşılaştırma, osilatörümüzde akustik olarak aracılık edilen etkileşimlerin baskınlığını gösterir. Teorik olarak, bu darbe etkileşimlerinde, akustik etkin ile birlikte, tek darbeli evrim dinamiklerinin yer aldığını, bireysel darbe enerjilerini etkilediğini, ve darbe hızlarının, darbe enrjilerine bağımlı olduğunu gösteriyoruz. Bu, osilatörümüzdeki darbe etkileşimlerinin ayırt edici bir özelliğidir. Deneysel olarak, bu etkileşimlerin belirli sayıda darbe için birden fazla stabil sabit noktaya izin verdiğini ve gürültü kaynaklı geçişlerin yanı sıra tek darbeli mod-kilit dinamiği parametrelerine dayalı çatallanma gösterdiğini ve etkileşim teorimizi doğruladığını gösteriyoruz. Son olarak, daha zengin darbe organizasyona izin veren ve etkileşim teorimizi daha da destekleyen yeni bir ikincil döngü kullanarak akustik etkileşimlerin dramatik manipülasyonunu gösteriyoruz.
Özet (Çeviri)
Passive mode-locking is the self-assembly of optical energy in a laser cavity towards narrow pulses. Often, the energy available in the cavity goes into multiple coexisting pulses with little control on their number, their energies, or their temporal positions. This phenomenon is vaguely known as pulse energy quantization and has been anecdotally linked to pulse splitting induced by optical nonlinearity. Research has focussed mainly on avoiding pulse energy quantization and any complex behavior associated with it while driving the pulses to higher and higher energies. The complex multi-pulsing behavior is often regarded as an output of a black box filled with complex nonlinear dynamics with little hope to control it. There's a want for a clear and workable understanding of these dynamics. The central point of this thesis is that standard, few-dimensional, nearly deterministic nonlinear dynamics offers this understanding; while mode-locking is indeed the result of noisy interactions of thousands of optical modes shaping the optical pulses, due to fast pulse-shaping processes involved in mode-locking, the pulse shapes tend to be slaved to one or few order parameters, mainly the pulse energy. Then, the complex behavior is understood as the result of a much simpler nonlinear dynamical system. This understanding is supported by our experiments on a multi-pulsing Mamyshev oscillator, and in return, it guides us towards reliably controlling it. With this control, multiple pulsation, which has been little more than a scientific curiosity, becomes technologically valuable for applications such as ablation-cooled material removal and frequency metrology. First, we address the issue of multiple pulsation. We define an energy map which describes the evolution of each pulse. Using the energy map, we show that stable coexistence of multiple pulses is permitted despite their competition on the gain if the growth of a pulse is self-limiting, i.e., if the energy map features a stable fixed point even at a constant gain. The energy map similarly explains the intimately related phenomena of period-doubling, non-identical pulses, and response to perturbations. The physical processes leading to these phenomena in our laser and others are discussed in parallel, and analogies to other systems are drawn. Many attractors are permitted by the energy map, highlighting the effect of bifurcations, hysteresis, and kinetics of pulse formation. Accordingly, we present guidelines for the control of multi-pulsing lasers and a procedure to control the number of pulses in a Mamyshev oscillator. Having controlled the number of pulses, we turn our attention to the temporal organization they take. Pulses coexisting in a laser cavity tend to evolve towards stable patterns due to long-range interactions between them. Several interaction mechanisms have been proposed in the literature, but the pulse interactions are still poorly understood. This is due partially to the multitude of possible interaction mechanisms and partially to the focus of their discussion on the physical processes that allow the pulses to interact without analyzing the dynamics that result from these interactions. We argue that the temporal organization dynamics is slaved and present the form of the dynamical system for all long-ranged interaction mechanisms and use it to derive for the first time the stability criterion for harmonic mode-locking. A comparison between the interaction mechanisms suggests the dominance of acoustically mediated interactions in our oscillator. We show theoretically that the acoustic effect is coupled to the single-pulse evolution dynamics and influences the individual pulse energies, which in turn, slave their speeds. This is a distinguishing feature of pulse interactions in our oscillator. We show experimentally that these interactions permit multiple stable fixed points for a given number of pulses and demonstrate noise-induced transitions as well as bifurcation based on parameters of single-pulse mode-lock dynamics, confirming our interaction theory. Lastly, we demonstrate drastic manipulation of the acoustic interactions using a novel secondary loop, allowing richer pulse patterns, and further supporting our interactions theory.
Benzer Tezler
- Bireysel yatırımcıların yatırım tercihlerinin analitik hiyerarşi prosesi ile değerlendirimesi
Evaluation of individual investors? investment preferences with analytic hierarchy process
AYŞEGÜL İNAN
- Chisio: A visual framework for compound graph editing and layout
Chısıo: Bileşik çizge düzenlemesi ve yerleştirmesi için görsel bir çerçeve
CİHAN KÜÇÜKKEÇECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR DOĞRUSÖZ
- Analog circuit optimization with hierarchical genetic algorithms-3rd order low-pass butterworth filter example
Hiyerarşik genetik algoritma ile analog devre optimizasyonu?3. dereceden alçak geçiren butterworth filtre örneği
OLCAY DURUL AZERİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR
- Çatalcalı Ali Efendi'nin fetvalarına göre 17. yüzyıl Osmanlı toplum hiyerarşisinde kul, köle ve cariyelerin statüleri
The status of slaves and concubines in the 17th century ottoman social hierarchy according to the fatwas of Çatalcalı Ali Efendi
MERVE BAYBARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Tarihİstanbul Sabahattin Zaim ÜniversitesiTarih ve Medeniyet Araştırmaları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH TOK
- Roma Hukukunda hizmet sözleşmesi (Locatio conductio operarum) ve bağımlılık ilişkisi
Locatio conductio operarum and subordination in Roman Law
SETENAY BAYTEMİR