قسم الفيزياء يناقش رسالة ماجستير تدرس تأثيرات نوع المضيفات االبلورية على الخرج الليزري لشبه- ثلاث- مستويات في ليزر النديميوم القرص الرقيق

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة (دراسة نظرية لتأثيرات نوع المضيفات االبلورية على الخرج الليزري لشبه- ثلاث- مستويات في ليزر النديميوم القرص الرقيق) للطالب (محمد أحمد محمود) التي انجزها بإشراف التدريسي في القسم (م.د. مظهر شهاب احمد) ونوقشت من قبل أعضاء لجنة المناقشة المبينة أسمائهم في ما يأتي :

• أ.م.د. فاتن شكور زين العابدين (رئيسا)

• أ.م.د. علاء بدر حسن (عضوا)

• م.د. عقيل رزاق صالح (عضوا)

• م.د. مظهر شهاب احمد (عضوا ومشرفا)

 

 

الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو معرفة تأثير النوع البلوري في ليزر القرص الرقيق على كل من قدرة عتبة الضخ ، وقدرة الخرج الليزري ، وكفاءة جهاز الليزر هذا.

حيث تم استخدام معادلات المعدل لاشتقاق المعادلات لكل من قدرة عتبة الضخ وقدرة الخرج الليزري وكفاءة ليزر القرص الرقيق الذي يعمل وفق مخطط شبه ثلاثي المستويات.

  أيضًا ، في هذه الدراسة ، تم ايجاد الحل العددي لهذه المعادلات من خلال برنامج Matlab عن طريق اختيار البلورات (YAG) ، (YVO4) ، (GdVO4) كأمثلة نموذجية للبلورات المستخدمة في هذا النوع من الليزر والمطعمة بالعنصر

  بالإضافة إلى ذلك ، كان تأثير العوامل الرئيسية في تصميم ليزر القرص الرقيق على كل من قدرة عتبة الضخ ، وقدرة خرج الليزر ، والكفاءة معروفًا ، وهي: عامل النوعية (M2) ، والتركيز (N) ، وسمك البلورة (d) ، انعكاسية مرآة خرج الليزر (R2) ، عدد المرات التي يمر فيها شعاع الضخ في تجويف الرنين (MP) ، وقوة الضخ (Ppum). ومن خلال هذه المحاكاة ، تم ايجاد القيم المثلى  لهذه العوامل في هذه الدراسة ،  بالإضافة إلى ذلك ، تم دراسة تأثير نوع خطة الضخ في درجة حرارة الغرفة على كل من قدرة الخرج الليزري والكفاءة

تضمنت الدراسة  الحالية معالجة نظرية لاشتقاق المعادلة العامة لكل من قدرة عتبة الضخ (  ) , قدرة الخرج الليزري (  ) و كفاءة الجهاز الليزري (η ) لليزر القرص الرقيق ذات خطة ضخ شبه- ثلاث – مستويات ذات التشغيل المستمر بدرجة حرارة الغرفة  عن طريق الحل التحليلي لمعادلات المعدل لهذا النظام الليزري.

و قد تم  اختيار  كل من (  ) , ( ) و ( ) كأمثلة نموذجية لخطة الضخ هذه , حيث طول موجة الضخ في البلورات الثلاث هو       ) , اما طول موجه الانبعاث الليزري فهو ( ) , ( ) , ( ) في البلورات الثلاثة على التوالي , من اجل ايجاد الحل العددي للمعادلات اعلاه باستخدام برنامج الماتلاب.

في هذه المحاكات قمنا  بدراسة تأثير كل من عامل النوعية ( ),  التركيز (N) , سمك البلورة (d ) , انعكاسية مرآة الخرج الليزري ( R2) ,  عدد مرات مرور نبضة الضخ داخل التجويف الزمني ( MP) , وقدرة الضخ (Ppump ) في البلورات الثلاث على كل من  قدرة الخرج الليزري و الكفاءة لهكذا خطة ضخ.

حيث وجدنا ان كل من قدرة الخرج الليزري والكفاءه يزدادان بزياده كل من (R2) , (MP) , (Ppump) , بينما يقلان بزيادة كل من (M2) , (N) , (d) .

و قد تم تحديد القيم المثلى لهذه البارامترات و التي عندها نحصل على اعلى قدرة خرج ليزري و كفاءة في البلورات الثلاث , اذ وجدنا ان بلورة ( GVdO4) هي الافضل من بين هذه البلورات .

اضافة الى ذلك وجدنا من هذه المحاكاة , ان نظام التشغيل شبه- ثلاثة- مستويات افضل من نظام التشغيل اربعة مستويات في الحصول على قدرة خرج ليزري عالية و في هذه الحالة ايضا تكون البلورة (GVdO4 ) هي الافضل في الحصول على قدرة خرج ليزري و كفاءة عاليتين.

---

A theoretical study of the effects-type crystal hosts on the lasing output for a quasi-three-level Nd+3 thin-disk laser

By Mohammed Ahmed Mahmood

Supervised by Mudhir Shihab Ahmed

Aim of the present work

The main objective of this study is to know the effect of the crystal type in the thin disk laser on each of the pumping threshold power, the laser output power, and the efficiency of this laser device.

Where the rate equations were used to derive the equations for each of the pumping threshold power, the laser output power, and the efficiency of the thin disk laser that works according to a quasi-three-level scheme.

  Also, in this study, the numerical solution to these equations is found through the Matlab program by selecting the crystals (YAG), (YVO4), (GdVO4) as typical examples of the crystals used in this type of laser and grafted with the element ().

  In addition, the effect of the main factors in thin disk laser design on each of the pumping threshold power, laser output power, and efficiency was known, namely: quality factor (M2), concentration (N), crystal thickness (d), reflectivity of the laser output mirror (R2),The number of times the pumping beam passes in the resonant cavity ( MP), and the pumping power (Ppum ). And through this simulation, the typical values ​​of these factors were found in this study, and then we get the lowest values ​​for the pumping threshold power, the highest values ​​for both laser output power and efficiency in crystals hostess.

  In addition, the effect of the type of pumping plan at room temperature on both the laser output power and efficiency was studied.

ABSTRACT

The present study includes a theoretical treatment to derive the general equation for each of the pumping threshold power (), the laser output power () and the efficiency of the laser device (η) for the thin disk laser with a quasi-three-level pumping plan  Continuously running at room temperature through an analytical solution of the rate equations for this laser system.

Three were selected  (), () , () As a typical example of this pumping plan, the wavelength of the pumping waveform in the three crystals is () , The length of the laser emitting wave is () , () ,             () In the three crystals in a row, in order to find the numerical solution to the above equations using the Matlab program.

In these simulations studied the effects of quality factor (M2), concentration (N), crystal thickness (d), reflectivity of the laser output mirror (R2), the number of times the pumping pulse passed through the time cavity (MP), and the pumping power ( Ppump) in the three crystals on both the laser output power and the efficiency of such a pumping scheme.

Found that both the output power and the efficiency of the laser increased with an increase of (R2), (MP), (Ppump), while they decreased with an increase in (M2), (N), (d).

The optimum values ​​of these parameters have been determined, and then we get the highest laser output power and efficiency in the three crystals, as found that (GdVO4) crystal is the best among these crystals.

In addition to that, found from this simulation, that the operating system is quasi – three – levels better than the operating system four-level to obtaining higher laser output power, and in this case also the crystal (GdVO4) is the best in obtaining the highest efficiency and laser output power