Development of high-beam quality high power Ytterbium-doped fiber lasers
Yüksek ışın kaliteli yüksek güçlü İterbiyum katkılı fiber lazerlerin geliştirilmesi
- Tez No: 715709
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLEND ORTAÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 176
Özet
Yüksek güçlü fi ber lazer (YGLS) sistemleri, kompaktlıkları, sağlamlıkları ve yüksek yönlülükleri nedeniyle sağlık, endüstri veözellikle savunma uygulamalarında son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Bu bağlamda, savunma sanayi deniz, hava kuvvetleri ve kara harekatlarında şu anda HPFL sistemleri yüksek talep görmektedir. Örnek olarak, son zamanlarda savaş gemilerine, zırhlı araçlara ve özellikle de dronlara uygulanmaya çalışılmaktadır. Bu sistemlerin üstün özellikleri, onları çeşitli uygulamalarda kullanmamızı sağlar; ancak bu büyük talep bazı eksiklikleri de beraberinde getiriyor. Örneğin, yüksek güçlü fi ber lazerlerin güç ölçeklemesi, Uyarılmış Raman Saçılımı (SRS) ve Enine Mod kararsızlığı (TMI) gibi doğrusal olmayan etkileşimler tarafından engellenmiştir. Bu doğrusal olmayan etkileşimlerle ilgili olarak, hem ticari hem de ev yapımı kendi kendine üretilen İterbiyum (Yb) katkılı geniş mod alanlı aktif (LMA) fiberlere dayalı yüksek güçlü fi ber lazer osilatörleri ve yükselteç sistemleri kurdum. Yükselteç sistemleri, Master Osilator Güç Ampli katörü (MOPA) konfigürasyonuna dayalı olarak inşa edilmiştir ve ortalama güç 1 kW güç seviyesine ulaşmaktadır. Ayrıca fiber osilatör sistemi, 2 kW güç seviyesine kadar güç seviyesi ve fiber lazer sisteminin ışın kalite parametresi olan 1.2 M2 değeri ile yapılmıştır. Fiber lazer sistemi ve fiberin kendisi üzerindeki TMI etkisini anlamak ve araştırmak için, prob lazerlerin yoğunluk değişimini ve TMI varlığında ev yapımı bir aktif fiber içindeki renk merkezi oluşumunu gözlemlemeyi amaçladık. Ardından, TMI etkisini ortadan kaldırmak için sistemi yeniden kurdum ve farktan TMI etkisinin sorumlu olduğundan emin olmak için aynı deneyleri tekrarladım. Bu amaçla, TMI etkisinin varlığını sağlamak için fi beri büyük bir bükülme çapında sarılmış bir fi ber lazer sistemi kurdum. Sırasıyla, 645 nm ve 520 nm merkezi dalga boylarına sahip iki farklı prob lazer kullandım. Bu prob lazerlerini, boş alan düzenlemeleri aracılığıyla fi ber lazer sistemine bağladım. Daha sonra aynı deneyi sadece 520 nm prob lazer ile tekrarladım ve lazer yapısını yeniden oluşturarak TMI etkisinin olmamasını sağladım. Son olarak, her iki durum için prob lazerlerin yoğunluk değişimi hakkında veri alıp karşılaştırdım. Bu çalışmaların deneyiminden yararlanarak, SRS ve TMI'yi bastırmak için, 0.034 civarında ultra düşük sayısal açıklığa (NA) sahip yeni bir tür Yb katkılı LMA aktif fiber ürettik. Daha sonra 1 m bükülme çapına sahip bu fibere dayalı monolitik bir MOPA sistemi kurdum. Ayrıca M2 değeri 1.16 olan ışın kalitesi ile 1 kW maksimum güç elde ettim. Ayrıca TMI için hafifl etme yöntemlerinden biri olan yan pompa birleştirme tekniğini de inceledim. Aktif fiberi her iki taraftan da pompalamamızı sağlar, böylece fiber üzerindeki termal yükü azaltır. Son olarak, sırasıyla %95 ve %89 pompa bağlantı verimliliği ile (1 + 1) x 1 pompalama kon figürasyonunda hem ev yapımı kendinden imal edilmiş Fotonik Kristal Fiber (PCF) hem de ultra düşük NA aktif fiber üzerinde yan pompa birleştiricisini inceledim.
Özet (Çeviri)
High power ber laser (HPFL) systems have drawn considerable interest for the last decades in health, industry, and especially defense applications due to their compactness, robustness, and high directionality. In this respect, the defense industry is currently in high demand for HPFL systems in the naval, air force, and ground operations. As an example, they have been implemented to the battleship, armored vehicles, and most currently to the drones. Outstanding features of these systems allow us to utilize them in various applications; however, this great demand brings some shortcomings. For example, power scaling of high-power fiber lasers has been impeded by non-linear interactions such as Stimulated Raman Scattering (SRS) and Transverse Mode instability (TMI). Regarding these non-linear interactions, I have built high-power fi ber laser oscillators and amplifier systems based on both commercial and homemade self-fabricated Ytterbium (Yb)-doped large mode area active (LMA) fibers. Amplifi er systems have been built based on the Master Oscillator Power Ampli er (MOPA) configuration and the average power reaches up to 1 kW power level. Besides, the ber oscillator system has been built with a power level up to 2 kW power level and M2 value of 1.2, the beam quality parameter of the ber laser system. To understand and investigate the TMI effect on the fiber laser system and the fiber itself, I have intended to observe the intensity change of the probe lasers and the color center formation inside a homemade active fi ber in the presence of TMI. Then, I have rebuilt the system to eliminate the TMI effect and repeated the same experiments to ensure that the TMI effect was responsible for the difference. For that purpose, I have installed a ber laser system whose ber has been coiled in a large bending diameter to ensure the existence of the TMI effect. I have utilized two different probe lasers with 645 nm and 520 nm central wavelengths, respectively. I have coupled these probe lasers to the ber laser system via free-space arrangements. Afterward, I have repeated the same experiment only with the 520 nm probe laser ensuring the absence of the TMI effect by rebuilding the laser structure. Finally, I have taken data about the intensity change of the probe lasers for both cases and compared them. Having benefitted from the experience of these studies, to suppress the SRS and TMI, I have fabricated a new type of generation Yb-doped LMA active fiber having an ultra-low numerical aperture (NA) around 0.034. Then I have built a monolithic MOPA system based on this fiber with a 1 m bending diameter. In addition, I have obtained 1 kW maximum power with a diffraction-limited beam quality with an M2 value of 1.16. Additionally, I have studied the side-pump combining technique, which is one of the mitigation methods for TMI. It allows us to pump the active fiber from both sides, thus decreasing the thermal load on ber. Finally, I have studied the side pump combiner on both homemade self-fabricated Photonic Crystal Fiber (PCF) and ultra-low NA active ber in a (1 + 1) x 1 pumping configuration with 95% and 89% pump coupling efficiencies, respectively.
Benzer Tezler
- Development of a 60W pulsed fiber laser amplifier for materials processing
Malzeme işleme için 60W darbeli fiber lazer yükselteci geliştirilmesi
YİĞİT OZAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. ASAF BEHZAT ŞAHİN
- Ytterbium doped all-fiber integrated high power laser systems and their applications
İterbiyum katkılı fiberle tümleşik yüksek güçlü lazer sistemleri ve uygulamaları
SANİYE SİNEM YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Development of a picosecond pulsed mode-locked fiber laser
Pikosaniye atımlı kip-kilitli fiber lazer geliştirilmesi
MAHMUT EMRE YAĞCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ALTAN
UZMAN HALİL BERBEROĞLU
- Yüksek güçlü fiber lazer sistemlerinin gerçek zamanlı analizi ile verimliliği artıran yeni bir yöntem geliştirilmesi
Developing a new method that increases efficiency with real-time analysis of high-power fiber laser systems
UĞUR KARANFİL
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR YALÇIN
- Development of high power cw yb-doped fiber laser system
Yüksek güçlü doğrusal iterbiyum katkılı fiber lazer sistemi
ELİF GÜL ÖZKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BÜLEND ORTAÇ