MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017359972
■00520260202105243
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798291569627
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32272031
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006402
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.3
■1001  ▼aChen,  Mingshu.
■24510▼aPerformance  Scaling  of  Polygonal  Chirally-Coupled-Core  (CCC)  Fibers  for  Coherently  Combined  Fiber  Laser  Arrays
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a157  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Galvanauskas,  Almantas.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aNext-generation  laser  plasma  accelerators  require  ultrashort  laser  sources  with  both  high  energy  and  high  average  power,  which  potentially  can  be  achieved  through  coherently  combined  fiber  laser  arrays.  The  key  elements  of  such  systems  are  large  core  fiber  amplifiers  that  store  high  energies  and  mitigate  nonlinear  effects.  With  increasing  core  size,  maintaining  single  mode  operation  of  a  fiber  is  critical  for  producing  diffraction-limited  beams,  and  for  amplifying  ultrashort  pulses.  This  dissertation  presents  a  comprehensive  investigation  of  effectively  single  mode  (E-SM)  polygonal  chirally  coupled  core  (P-CCC)  fibers  for  high  energy,  high  average  power  pulse  generation.Fourier  decomposition  of  the  fiber  core  shape  is  applied  to  coupled  mode  theory  (CMT)  to  study  modal  interactions  in  helical  fibers,  describing  both  ideal  octagonal  cores  and  cores  exhibiting  shape  distortions  and  fiber  bending  effects.  Robust  E-SM  operation  is  experimentally  demonstrated  in  85µm  CCC  fibers,  manifested  by  the  absence  of  multimode  spectral  beating.  P-CCC  fibers  with  core  shapes  other  than  octagon  provide  various  design  options  for  improving  E-SM  performance.  Furthermore,  analytical  and  numerical  exploration  of  core  size  scalability  predicts  that  core  diameter  increase  into  100-200µm  range  is  possible  with  E-SM  performance  similar  to  that  of  85µm  core  P-CCC  fibers.High-energy  and  high-power  scaling  of  Yb-doped  P-CCC  fibers  have  been  investigated.  Time  domain  combining  technique  coherent  pulse  stacking  amplification  (CPSA)  is  applied  to  extract  10mJ  from  an  85µm  Yb-CCC  fiber  efficiently  with  minimal  nonlinear  phase  accumulation.  The  burst  of  81x1ns  pulses  is  temporally  combined  and  compressed  to  313fs.  The  high-power  85µm  Yb-doped  P-CCC  amplifier  demonstrates  330W  continuous  wave  output  without  transverse  mode  instability  (TMI),  and  is  expected  to  scale  further  into  400-500W  range.  Model  indicates  that  this  high  TMI  threshold  might  be  attributed  to  the  suppression  of  higher-order  modes  (HOMs).  Additionally,  initial  development  of  monolithically  integrated  signal  and  pump  combiners  based  on  85µm  CCC  fibers  for  scalable  fiber  amplifier  arrays  is  reported.Two  numerical  models  related  to  large  core  CCC  fiber  amplifiers  have  been  developed.  A  2D  fiber  amplifier  model  with  radial-dependent  ion  inversion  is  found  to  be  more  accurate  than  the  conventional  1D  model  for  deeply-saturated  amplification.  However,  while  the  amplified  spontaneous  emission  and  small  signal  gain  matches  with  experimental  results,  model  predicts  much  higher  stored  energies  than  experimentally  measured.  This  discrepancy  is  critical  for  understanding  energy  scaling  potential,  and  thus  needs  to  be  resolved  in  the  future.  A  ray  tracing  model  has  been  developed  to  calculate  the  pump  scattering  effects  in  double-clad  P-CCC  fiber  amplifiers  with  rotating  octagonal-shaped  inner  cladding  structure,  to  determine  fiber  pumping  and  geometry  constraints  for  avoiding  excessive  pump  loss.  It  is  found  that  using  fibers  with  helical  periods  longer  than  5mm  and/or  pump  beams  with  brightness  exceeding  a  certain  critical  value  produce  negligible  pump  loss.Finally,  a  novel  fiber  concept  is  proposed  based  on  helical  non-Hermitian  refractive  index  and  gain  modulations,  which  enables  modal  performance  unachievable  by  a  Hermitian  system,  such  as  asymmetric  mode  coupling  and  unidirectional  mode  cleaning.  General  properties  of  such  non-Hermitian  fibers  are  studied  numerically  and  using  complex  CMT,  demonstrating  mode  cleaning  performance  for  various  index  and  gain  modulations,  and  mode-phase  mismatches.  Combining  the  non-Hermitian  modulation  with  gain  P-CCC  fibers  provides  further  possibilities  to  control  the  modal  interactions  in  large  core  fiber  amplifiers.These  contributions  are  important  for  developing  large  core  fiber  technology  for  high  energy  and  high  power  coherently  combined  fiber  laser  systems.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aElectrical  engineering
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aComputer  science
■653    ▼aFiber  lasers
■653    ▼aSpecialty  fibers
■653    ▼aCoherently  combined  fiber  laser  arrays
■653    ▼aNon-Hermitian  optics
■690    ▼a0544
■690    ▼a0984
■690    ▼a0794
■690    ▼a0537
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bElectrical  and  Computer  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359972▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서