MARC

 008240220s2023        ulk                      00        kor
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham004910
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.3
■1001  ▼aWhittlesey,  Mathew.
■24510▼aAdvanced  Techniques  for  Spectral  and  Temporal  Ultrashort  Pulse  Synthesis  in  Coherent  Pulse  Stacking  Amplification▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]▼bUniversity  of  Michigan.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(104  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  84-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Galvanauskas,  Almantas.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  added  to  any  third  party  search  indexes.
■520    ▼aCoherent  combining  methods  enable  scaling  of  average  power  and  peak  power  in  fiber  laser  systems.  Coherent  pulse  stacking  has  the  potential  to  enable  high  repetition  rate  laser-matter  interactions  by  extending  the  effective  pulse  duration,  enabling  near-complete  energy  extraction  from  a  fiber  amplifier.  This,  along  with  coherent  beam  combining,  provides  a  promising  path  to  achieve  efficient  high-repetition  rate  laser  sources  for  laser-matter  interactions.  This  thesis  explores  the  adaptable  nature  of  coherent  pulse  stacking,  and  develops  techniques  to  achieve  repeatable,  robust  high-efficiency  stacking.  It  also  demonstrates,  for  the  first  time,  simultaneous  coherent  spatial  combining  and  coherent  pulse  stacking  amplification.  Coherent  pulse  stacking  was  analyzed,  and  shown  to  be  mathematically  equivalent  to  a  deep  recurrent  neural  network.  Different  pulse  amplitude  profiles  were  shown  to  have  minimal  stacking  loss,  which  demonstrates  the  adaptable  nature  of  the  technique.  A  method  for  increasing  pre-pulse  contrast  by  allowing  post-pulses  at  the  cost  of  efficiency  was  further  developed  and  explored  for  equal-amplitude  and  equal  nonlinear  phase  burst  shapes.  The  impact  of  stacking  parameter  errors  was  quantified,  and  required  tolerances  for  these  parameters  were  derived.  These  analyses  show  stacking  designs  with  30  dB  pre-pulse  contrast  and  95%  stacking  efficiency.  A  theoretical  framework  for  accounting  effects  of  stacking  alignment  errors  was  developed,  which  enabled  quantification  of  tilt  and  piston  error  impact  on  stacking  efficiency  via  numerical  simulations.  This  enabled  determination  of  required  alignment  accuracies  for  achieving  high  efficiency  stacking.  Alignment  methods  to  meet  the  required  tolerances  for  both  tilt  and  piston  errors  were  developed  and  implemented,  achieving  5  µrad  tilt  accuracy  and  2  µm  piston  accuracy  and  speeding  up  alignment.  Additionally,  oscillator  repetition  rate  was  locked  to  a  highly  stable  rubidium  frequency  standard,  eliminating  oscillator  cavity  drift.  In  aggregate,  all  these  technical  advances  significantly  decreased  system  drift  and  enabled  robust  and  stable  stacking  operation.  As  a  result,  high  efficiency  stacking  of  80%  stacking  efficiency  was  achieved  with  high  repeatability,  robustness,  and  stability  of  1%  RMS.  Simultaneous  coherent  beam  combining  and  coherent  pulse  stacking  amplification  was  demonstrated  for  the  first  time.  A  record-high  ultrashort  pulse  energy  of  7  mJ  per  fiber  was  coherently  spatially  combined  in  a  four-channel  fiber  array  with  a  total  energy  of  ~25  mJ,  and  stacked  into  a  single  output  pulse  with  stacking  efficiency  of  70%.  Stacking  performance  at  these  energies  was  shown  to  be  stable  and  robust  over  long  durations,  with  stabilization  noise  of  2.2%  RMS.  Stacking  was  shown  to  not  affect  compressed  pulse  duration,  and  stabilization  of  coherent  beam  combining  was  shown  to  not  impact  stacking  efficiency.  This  represents  a  milestone  in  the  development  of  coherently  combined  fiber  lasers,  enabling  further  scaling  towards  100  mJ  and  beyond.  Finally,  a  technique  to  synthesize  flat-top  bandwidth-limited  pulses  using  coherent  spectral  combining  is  developed.  This  method  is  directly  compatible  with  other  coherent  combining  techniques,  which  enables  future  scaling  to  high  energies  for  generation  of  quasi-monoenergetic  gamma  photons  via  Thomson  scattering.  Spectral  synthesis  of  the  required  spectrum  is  demonstrated  with  five  spectral  channels  in  a  chirped  pulse  amplification  system,  and  techniques  for  phase  stabilization  of  spectral  channels  are  developed.  In  summary,  this  thesis  work  expands  the  understanding  of  coherent  combining  techniques,  both  spectral  and  temporal,  and  shows  the  adaptable  nature  of  coherent  pulse  stacking.  When  the  techniques  developed  are  used,  high-energy  high  repetition  rate  laser  sources  are  shown  to  be  practically  implementable  via  coherent  combining  techniques.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aElectrical  engineering.
■650  4▼aOptics.
■653    ▼aFiber  lasers
■653    ▼aCoherent  combining
■653    ▼aPulse  synthesis
■653    ▼aPulse  stacking
■653    ▼aAmplification
■690    ▼a0752
■690    ▼a0544
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bElectrical  and  Computer  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g84-12B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16933703▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024

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