Collective pulse amplification in burst mode fiber laser amplifiers in gain-managed nonlinearity regime
Kazanç yönetimli doğrusal olmayan atım kümelerinin fiber lazerlerde kolektif güçlendirilmesi
- Tez No: 830987
- Danışmanlar: PROF. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Ultra hızlı lazerlerin optik metroloji ve spektroskopiden mikroskopiye kadar çeşitli uygulamaları vardır. Araştırma laboratuvarının dışında en önemli uygulama, özellikle hassas mikro işleme olmak üzere malzeme işleme olmaya devam ediyor. Geleneksel ultra hızlı işlemede, düşük tekrarlama oranlarında yüksek enerjili atımlar kullanılır. Yakın zamanda tanıtılan ablasyon soğutmalı rejim, çok daha yüksek tekrarlama oranlarında orta enerjili atımların kullanılması yoluyla daha yüksek hızlara ve malzeme çıkarma verimliliğine ulaşıyor. Bununla birlikte, daha yüksek tekrarlama oranları aynı zamanda kısa atımlar gerektirir ve daha yüksek hızlar, kilowatt ortalama güçlerde 50 fs'nin altındaki atımlar gibi daha yüksek ortalama güçler gerektirir. Bu tür parametreler mevcut tekniğin çok ötesindedir, ancak böyle bir performansın elde edilememesinin temel bir nedeni yok gibi görünmektedir. Ablasyonla soğutulan rejimden yararlanmaya yönelik yaygın bir yaklaşım, kümelerden yani atım gruplarından faydalanmaktır. Bununla birlikte, bu tür çoğuşma modlu amplifikatörler bugüne kadar nispeten atım süreleriyle sonuçlanmıştır. Bu tez, yakın zamanda keşfedilen başka bir rejimde, yani kazanç yönetimli doğrusal olmayan amplifikasyonda küme modu işlemini uygulayarak bu sınırlamanın üstesinden gelmeyi amaçlamaktadır. Ultra hızlı lazer malzeme işlemede, 50 femtosaniyenin altındaki atım genişlikleri ve kW ortalama güçleri arzu edilir. Ancak bu tür lazerler, bu tür sistemlerin karmaşıklığı nedeniyle literatürde henüz rapor edilmemiştir. 50 femtosaniyenin altındaki atımlari elde etmek için atım evriminin iyi tasarlanmış olması gerekir. Ayrıca kW ortalama güçler aktif soğutma sistemleri gerektirir. Lazer sistemlerindeki ortalama güçleri azaltıp aynı atım enerjilerini elde etmenin pratik bir yöntemi, sürekli bir akış yerine atım kümelerini güçlendirmektir. Bu kümeler enerjinin zamanla daha sınırlı kalmasına ve ortalama gücün daha düşük olmasına olanak tanır. kümenin olmadığı durumda, çeşitli doğrusal olmayan atım amplifikasyon rejimleri tasarım süreçlerine yardımcı olur ve yüksek kaliteli atımlar üretir. Bu rejimlerden biri kazanç yönetimli doğrusal olmayan amplifikasyon rejimidir. Bu rejimde, kazanç spektrumunun doğrusal olmayan spektral genişlemenin eşlik etmesiyle uzun dalga boylarına kaydırılmasından sonra, atımlar için eski rejimlere göre daha uzun spektrumler elde edilir. Bu işlem, güçlendirilmiş atımlar için çok geniş optik spektrumlara ve kısa atımlare neden olur. Sürekli durumda 50 fs'nin altındaki atımların elde edilmesi genellikle karmaşıktır ve sonuçların yeniden üretilmesi zordur. Bununla birlikte, kazanç yönetimli doğrusal olmayan rejim ile amplifikatör parametrelerinin doğru seçilmesiyle rutin olarak 50 femtosaniyenin altındaki atımlar elde edilebilir. Buna rağmen, kümelerin dahil edilmesiyle, atım parametreleri, esas olarak bir çoğuşma içindeki tek biçimli olmayan atımlare sahip olmasından dolayı çok daha kötü olma eğilimindedir. Bu nedenle, küme modlu lazerlerde 50 femtosaniyenin altında atımlar elde etmek çok zordur ve şu ana kadar böyle bir lazer rapor edilmemiştir. Bu rejimi sürekli pompalanan sinyal küme lazerleriyle birleştirerek, 900 nJ enerjili ve 50 femtosaniyenin altındaki atım genişliklerinde, 240 MHz'e kadar yüksek atım tekrarlama oranlarına ve 1 MHz küme tekrarlama oranına sahip atımlar elde ettik. Tasarım süreci, doğrusal olmayan amplifikasyon süreci ve kazanç ortamının tepki süresine ilişkin bilginin matematiksel modelleme ve sayısal simülasyonlar yoluyla kazanılmasıyla desteklenir. Kazanç yönetimli doğrusal olmayan rejimde küme modu amplifikasyonu, yeni fiziksel etkilere yol açar; bu sayede bir atımnin amplifikasyonu, bir küme oluşturan diğer atımlare bağlıdır.
Özet (Çeviri)
Ultrafast lasers have diverse applications, ranging from optical metrology and spectroscopy to microscopy. Outside of the research laboratory, the most important application continues to be material processing, particularly precision micromachining. In traditional ultrafast processing, high-energy pulses at low repetition rates are used. The recently introduced ablation-cooled regime achieves greater speeds and material removal efficiencies through the use of moderate-energy pulses at much higher repetition rates. However, higher repetition rates also demand short pulses, and higher speeds require higher average powers, such as sub-50 fs pulses at kilowatt average powers. Such parameters are far beyond the current state of the art, but there appears to be no fundamental reason such performance could not be achieved. One common approach to exploit the ablation-cooled regime is to utilized bursts, or groups of pulses. However, such burst-mode amplifiers have resulted in relatively pulse durations to date. This thesis aims to overcome this limitation by implementing burst-mode operation in another recently discovered regime, namely, that of gain-managed nonlinear amplification. In ultrafast laser material processing, sub-50 femtosecond pulse widths and kW average powers are desirable. However, such lasers have yet to be reported in the literature due to the complexity of such systems. For obtaining sub-50 femtosecond pulses, the pulse evolution needs to be well-engineered. Additionally, kW average powers require active cooling systems. A practical method to decrease the average powers in the laser systems yet achieve the same pulse energies is to amplify bursts of pulses instead of a continuous stream of them. These bursts allow the energy to be more confined in time and the average power to be lower. In the no-burst case, various nonlinear pulse amplification regimes aid the design processes and produce high-quality pulses. One such regime is the gain-managed nonlinearity, observed after shifting the gain spectrum towards longer wavelengths accompanied by nonlinear spectral broadening. This process results in very broad optical spectra and short pulses for the amplified pulses. Obtaining sub-50 fs pulses in the continuous case is often complicated, and the results are hard to reproduce. However, with the gain-managed nonlinearity regime, sub-50 femtosecond pulses can be routinely obtained by correctly choosing the amplifier parameters. Despite that, with the inclusion of bursts, pulse parameters tend to be much worse, mainly due to having non-uniform pulses within a burst. Hence, obtaining sub-50 femtosecond pulses in burst-mode lasers is very challenging, and so far, no such lasers have been reported. Combining this regime with continuously pumped signal burst lasers, we have obtained pulses with 900 nJ energies and sub-50 femtosecond pulse widths with pulse repetition rates as high as 240 MHz and burst repetition rate of 1 MHz. The design process is aided by gaining knowledge regarding the nonlinear amplification process and the gain medium's response time through mathematical modeling and numerical simulations. Burst-mode amplification in the gain-managed nonlinearity regime leads to new physical effects, whereby the amplification of one pulse depends on the other pulses constituting a burst.
Benzer Tezler
- Yere nüfuz eden radarlarda öğrenme tabanlı yeni kargaşa giderme yöntemleri
New learning-based clutter removal methods in ground penetrating radar
EYYUP TEMLİOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIN ERER
- Makine öğrenmesi tabanlı bir uzman sistem tasarımı
Machine learning based an expert system design
ADNAN FATİH KOCAMAZ
Doktora
Türkçe
2012
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTrakya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT DİKMENGİL
YRD. DOÇ. DR. ERDEM UÇAR
- Design and development of an FPGA controlled silicon pin photodiode detector array for neutron detection
Nötron deteksiyonu için FPGA kontrollü silikon pın fotodiyot detektör dizisi tasarım ve geliştirilmesi
AHMET BAYRAK
Doktora
İngilizce
2019
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENAP ŞAHABETTİN ÖZBEN
- Lageos I ve lageos II için doğruluk analizi
Başlık çevirisi yok
GAYE KIZILSU
Doktora
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiÖlçme Tekniği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ŞAHİN
- Design and optimization of radon field monitor based on silicon PIN photodiodes
Silikon PIN fotodiyot bazlı radon saha monitörü dizayn ve optimizasyonu
AHMET BAYRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENAP Ş. ÖZBEN