طراحی و بهینه سازی سیستم تشدیدگر-تقویت کننده تارنوری دوغلافی yb:silica و تعیین پارامترهای بهره سیگنال کوچک و توان اشباع

در حال حاضر لیزرها و تقویت کننده های تارنوری به دلیل قابلیت حصول توان های بالا و ویژگی های یکپارچگی، کوک پذیری، کیفیت عالی باریکه، درخشایی زیاد و پابداری سیستم از جتذبه های بسیاری برخوردار هستند. در این پایان نامه به بررسی لیزرهای تارنوری پرتوان دوغلافی موج پیوسته ی آلاییده به ایتربیم در بستر سلیکا پرداخته شده است. ابتدا سیستم لیزر و سپس ارایه ی نوسانگر-تقویت کننده مورد ژوهش، طراحی وبهینه سازی قرار گرفته است. در مرحله ی نخست، با حل معادلات نرخ تشدیدگر به سه روش تحلیلی، عددی و شبه تحلیلی، رفتار توان های دمش و سیگنال در طول تار در سه شیوه ی دمش پیشرو، دوجهتی و پسرو مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از آن پارامترهای توان خروجی، آستانه ی لیزر، طول بهینه، بهره وری سیگنال کوچک به روش تحلیلی تعیین شده و نتایج آن با داده های حل عددی به روش رانگ-کوتای مرتبه ی چهار مقایسه گردید. در تمامی مراحل محاسبات عددی، جهت برآورد شدن شرایط مرزی از تکنیک شوتینگ استفاده شده است. به علاوه، اثر پارامترهای غلظت، طول تار، ضرایب بازتاب آیینه ها و توان منبع دمش بر توان خروجی بررسی شده و بهینه شرایط عملکرد لیزر تعیین گردید. در مرحله بعد، به منظور دستیابی به توان های بالا یک آرایه ی تشدیدگر-تقویت کننده طراحی گردید. نور خروجی از لیزر وارد تقویت کننده شده و به دلیل وارونی انبوهی ناشی از دمش در طول تار تقویت می شود. با افزایش طبقات تقویت کننده می توانیم به توان هایی از مرتبه کیلووات دست یابیم. پارامترهای بهره سیگنال کوچک و توان اشباع از مهمترین کمیت های اپتیکی در طراحی هستند که بازگو کننده ی تمامی ویژگی های یک تقویت کننده می باشند. بنابر این تعیین آن ها حایز اهمیت می باشد. یکی از روش هایی که در این زمینه به کار گرفته شده، حل تحلیلی معادلات نرخ است. ولی پاسخ های تحلیلی قادر به توجیه اختلاف این پارامترها در روش های مختلف دمش نمی یاشند. روش دیگر، استفاده از داده های آزمایش های تجربی به کمک معادلات تقویت است. اما به دلیل نبود امکانات و تجهیزات آزمایشگاهی در ایران نمی توانستیم از این شیوه نیز کمک بگیریم. روشی که در این رساله برای اولین بار به کار گرفته شده، مدل سازی عددی آرایه تشدیدگر-تقویت کننده است. بدین ترتیب که با تطابق داده های عددی و نتایج حاصله از معادله ی تقویت پایا در تقویت کننده به کمک روش حد اقل مربعات توانستیم مقادیر این دو پارامتر را در هر سه روش دمش به دست آوریم.