This thesis contains the results of research on the spectral control of lasers, specifically, the thermal limitations of volume Bragg gratings (VBGs), employed as laser-cavity end mirrors. The investigations consisted of both experiments and numerical simulations. For the experiments, a diode-pumped Yb:KYW laser with a VBG that had an absorption coefficient of 2.8% cm-1, in the 1 μm spectral region, was constructed. The computer model comprised of a transfer-matrix model and a three-dimensional, finite element model, working together. The absorption of the reflected laser beam changed the reflecting properties of the VBG, which affected the laser’s stability and other performances. The primary effect was a broadening of the grating spectrum accompanied by decreased diffraction efficiency. The reduced reflectivity lead to a leakage of the radiation through the grating during lasing. Both the experiments and the simulations showed that the laser became successively more unstable when the power was increased. Also, the simulations showed that this increased sensitivity was due to a reshaping of the intensity distribution profile inside the grating, which, in turn, lead to a sharp reduction of the diffraction efficiency. For circulating powers above this limit, the laser output rolled off and the power was instead leaking out through the VBG. Furthermore, the simulations also showed that the power limit was highly dependent on the length of the employed VBG. For instance, a 2 mm long VBG could withstand approximately 9.5 times higher incident power than a 10 mm long one could. Also, it was found that the limit, expressed in the terms of the incident power, related approximately linearly to the size of the beam radius. / Denna licentiatavhandling innehåller forskningsresultat som behandlar spektral kontroll av lasrar, specifikt genom volymbraggitters (VBG) termiska begränsningar, då de används som speglar i laserkaviteter. Undersökningarna bestod av både experiment och simuleringar. För experimenten konstruerades en diod-pumpad Yb:KYW laser med ett VBG som hade en absorptionskoefficient på 2,8% cm-1, i våglängdsområdet kring en mikrometer. Datormodellen innefattade en modell av gitterstrukturen baserad på överföringsmatriser och en tredimensionell modell baserad på finita elementmetoden, för beräkning av värme-fördelningen. Absorption av den reflekterade laserstrålen ändrade volymbraggittrets reflekterande egenskaper, vilket i sin tur påverkade laserns stabilitet och dess prestanda. De huvudsakliga effekterna var en breddning av gittrets spektra och en minskad diffraktionsverkningsgrad. Både experimenten och simuleringarna visade att en laser blir successivt mer instabil när den optiska effekten ökar. Simuleringarna visade även att den ökade känsligheten berodde på en förändring av intensitetsfördelningen inuti gittret, vilket accelererade reduktionen av gittrets reflekterande förmåga. Uttryckt i mot gittret infallande effekt, har lasern en tydlig övre effektgräns. När den gränsen har uppnåtts leder vidare ökning av pumpeffekten i huvudsak till ökat läckage genom volymbraggittret, och inte till ökad uteffekt hos laserstrålen. Vidare visade simuleringarna också att en lasers effektgräns är starkt beroende av längden på det använda volymbraggittret. Till exempel tålde ett 2 mm långt gitter cirka 9,5 gånger högre infallande effekt än ett 10 mm långt gitter. Dessutom visade det sig att effektgränsen, uttryckt i infallande effekt, berodde approximativt linjärt på strålradiens storlek. / <p>QC 20130507</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-122004 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Tjörnhammar, Staffan |
| Publisher | KTH, Laserfysik, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Trita-FYS, 0280-316X ; 2013:12 |
Page generated in 0.0026 seconds