Disputation i Elektronik med Enkeleda Balliu
Den 15 februari presenterar Enkeleda Balliu sin doktorsavhandling "Power Scaling of Highly Compact Single-Frequency Yb-Doped Fiber Amplifiers". Välkommen att delta på plats eller digitalt. Seminariet ges på engelska.
Huvudhandledare: Professor Hans-Erik Nilsson
Biträdande handledare: Docent Magnus Engholm
Opponent: Docent Pavel Peterka, UFE The Czech Academy of Sciences
Betygsnämnd:
Professor Magnus Karlsson, Chalmers Tekniska Högskola
Professor Annamaria Cucinotta, University of Parma
Dr. Andrey Koptiug, Mittuniversitetet
Sammanfattning
Både vetenskapliga intressen och industriella tillämpningar har stimulerat utvecklingen inom singelfrekvens laserteknologi. Den höga rumsliga- och tidsmässiga koherensen hos dessa lasrar har underlättat många tillämpningar såsom gravitationsvågdetektering, fibersensorer med hög precision, högupplöst spektroskopi, holografi och ickelinjär optisk konvertering. Detta uppnås för närvarande genom användande av relativt stora lasrar med en begränsad portabilitet och rörlighet. Det finns därför ett behov av att göra dessa lasrar mer kompakta. Samtidigt efterfrågas en förbättrad effektprestanda på hundratals Watt i det nära infraröda spektrala området och tiotals Watt i det synliga- och ultravioletta området för kontinuerligt (CW) driftläge samt pulsenergier upp till flera tiotals mJ i pulsat driftläge.
En typ av förstärkare för singelfrekvenslasrar som uppfyller dessa kravar så kallade master oscillator effektförstärkare (MOPA). En kompakt design sätter dock flera begränsningar på dessa förstärkare. Huvudutmaningen är uppkomsten av stimulerad Brillouin spridning (SBS) i förstärkarfibern som begränsar uteffekten. SBS uppstår genom en växelverkan mellan akustiska fononer och signalvågen som omvandlas till en utbredningsvåg som är frekvensförskjuten och bakåt-propagerande. Dessa bakåt-propagerande vågor kan skada optiska komponenter i förstärkaren och i själva signallasern. Därför är en minskning av SBS avgörnade för en effektiv effektoptimering av förstärkaren. Denna avhandling fokuserar på att undersöka olika tekniker för att minska SBS som dessutom passar för en kompakt MOPA-design. Mer specifikt implementeras detta genom att studera effektiviteten av en distribuerad töjning som tillämpas på förstärkarfibern samt användningen av särskilt anpassade- och kommersiella Yb-dopade fibrer både för kontinuerliga och pulsstyrda förstärkare. Att använda Yb-dopade fibrer med hög Yb-koncentration innebär stora utmaningar med avseende på fibermaterialets sammansättning, som kan medföra en negativ inverkan på förstärkarens prestanda i form av inducerade optiska förluster (s.k. photodarkening), försämrad strålkvalité och generering av termiska förluster. Dessa har undersökts och diskuteras i denna avhandling.
Som ett resultat av de olika begränsningsmetoderna, demonstreras förstärkare med en uteffekt som närmar sig 100 W i CW driftläge och pulsenergier nära mJ-området i pulsat läge med användade av endast ett förstärkarssteg. Detta visar genomförbarheten av en MOPA-design med hög prestanda och ett kompakt format. Detta kan underlätta användningen för många tillämpningar inom det synliga och ultravioletta spektrala området som ställer krav på en ökad mobilitet och portabilitet.