Skip to main content
SUPERVISOR
Asghar Gholami,Abolghasem Zeidaabadi Nezhad
اصغر غلامی (استاد مشاور) ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Khalili rad
حسین خلیلی راد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Design of High Power Continuous Wave and Nanosecond Pulsed Fiber Laser Amplifiers and Fabrication of a 100 mW Pulsed Preamplifier
The rare earth doped fiber lasers and amplifiers have attracted much attention recently in the fields of optical communication, industrial, medical and military applications. These lasers are quickly replacing conventional bulk laser devices in a variety of applications. Among their advantages we can refer to high beam quality, high efficiency, compactness and wavelength stability against the temperature variations. In these lasers it is possible to obtain kilowatts output power with more than 80% efficiency. Ytterbium doped fibers are of interest in high power applications due to their numerous advantages arising from a simple ytterbium electronic structure. However, behavior of ytterbium doped fiber devices strongly influenced by the selection of absorption and emission wavelengths, amplified spontaneous emission (ASE) and other parameters. Also increasing the power in these fibers leads to detrimental nonlinear effects. Careful theoretical analysis is required to optimize the performance of the fiber laser and amplifiers and to estimate the influence of ASE, nonlinear effects and other such phenomena. In this thesis we study the design of high power fiber laser amplifiers for amplification of continuous and nanosecond pulsed waves. In order to modeling of these amplifiers the time dependent rate equations are investigated; after derivation of these equations, we will solve them by forth order the Runge-Kutta (RK4) numerical method in the continuous wave (CW) regime and by the Finite Difference Method (FDM) in the nanosecond pulsed regime for ytterbium doped double clad (YDDC) fiber amplifiers and the amplifier behavior in this regimes are investigated. In the CW regime many characteristics such as signal, pump, ASE powers and upper state population distributions along the fiber are obtained, in the pulsed regime many characteristics such as output waveform evolution, temporal evolution of pulse energy, ASE and other things are obtained. Then ytterbium doped double clad fiber amplifiers are optimized under the forward, backward and bidirectional pumping for amplification of continuous and nanosecond pulsed waves in consideration of different parameters. Eventually a nanosecond pulsed fiber laser amplifier with output power of 100 mW, pulse width of 150 ns and pulse repetition rate of 500 kHz is fabricated and measurement results are presented. Key Words: optical fiber amplifier, Ytterbium, Double clad fiber
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، گسی لخودبه 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 تقوی تکننده 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 تقوی تکننده 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 500 kHz 150 و نرخ تکرار ns 100 ، پهنای پالس mW نتایج ساخت و اندازه گیری یک نمونه تقوی تکننده ی لیزری فیبری پالسی با توان خروجی ارائه می گردد. کلمات کلیدی: تقویت کننده نوری فیبری، ایتربیوم، فیبرهای دو غلاف فصل اول

ارتقاء امنیت وب با وف بومی