ايجاد قيم بعض معاملات معادلات المعدل لليزرات العاملة بالنمط المفتاحي السلبي باستخدام تقنية الامثلية

رسالة ماجستير

اسم الباحث : دعاء صبار سلمان

اسم المشرف : د. قاسم حسن عبيد

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الفيزياء

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة
تهدف هذه الدراسة الى إيجاد القيم المثلى لبعض معاملات معادلات المعدل الخاصة بالليزر Cr:LiSAF العامل بالنمط المفتاحي السلبي لعامل النوعية بأستخدام Cr:YSO كمادة ماصة قابلة للاشباع.
يعتمد النموذج الرياضي المستخدم على أربع معادلات تفاضلية غير خطية من الدرجة الأولى تمثل تطور السلوك الزمني لمكونات النظام وعلى النحو التالي.
تمثل المعادلة الأولى معادلة معدل عدد فوتون التجويف .(n) تمثل المعادلة الثانية معادلة معدل الكثافة العددية للتوزيع العكسي .(Ng) تمثل المعادلة الثالثة معادلة معدل جزيء الامتصاص القابل للتشبع عند المستوي الأرضي.(Na) تمثل المعادلة الرابعة معادلة معدل جزيء الامتصاص القابل للتشبع عند المستوي المثارة الأول.(Nau)
تم حلها عدديًا باستخدام طريقة رونج – كوتا – فيلبيرج لتحديد خصائص النبضة العملاقة الناتجة من الليزر.
بعد ذلك، تقنية الأمثلة تم توظيفها لتحديد قيم المعاملات التالية، مقطع امتصاص الحالة المثارة إلى مقطع امتصاص الحالة الأرضية لجزيئات الممتص القابل للتشبع (β)، معدل اضمحلال المادة الماصة القابلة للاشباع (γ_a)، معدل الخسائر الفوتونية داخل تجويف الليزر (γ_c)، بأستخدام تقنية روزنبروك المقيدة. حيث وُجد أن قيمة (β) تزداد مع زيادة عدد جزيئات Cr: YSO، لكن قيم كل من معدل استرخاء Cr: YSO (γ_a) ومعدل فقدان الفوتونات (γ_c) تنخفض مع زيادة عدد جزيئات Cr: YSO القابلة للتشبع حتى الوصول إلى قيمة معينة، وعند هذه النقطة يصبح التباين مهملاً.
كانت نسبة الخطأ المطلق بين المعلمات المحسوبة نظريا والمحسوبة عمليا هي (0.0299, 0.000009, 0.0000032)، على التوالي.

Finding Some Rate Equations Parameters for Passively Q- Switched Lasers Using Optimization Technology

Abstract
This study, aims to find the optimal values of some coefficients of the rate equations for a Cr : LiSAF laser Q-switched by Cr: YSO saturable absorber.
The mathematical model used is based on four first-order nonlinear differential equations that represent the evolution of the temporal behavior of the system components, as follows.
The first equation represents the rate equation for the cavity photon number (n). The second stands for the rate equation for the gain medium with population inversion (Ng). The third serves the rate equation for saturable absorber molecule at the ground state (Na). The fourth represents the rate equation for saturable absorber molecule at the first excited state (Nau). It was solved numerically using Runge – kutta – fehlberge method to determine the characteristics of the laser-generated giant pulse.
After that the optimization technique was utilized to determine the following parameters, the excited state absorption cross-section to the ground state absorption cross-section of the saturable absorber molecules (β), the saturable absorber decay rate 〖(γ〗_a), photons losses inside the laser cavity〖(γ〗_c), using constrained Rosenbrock optimization technique. Where it was found that the value of (β )increases with increasing the number of Cr: YSO molecules number, but values of both Cr: YSO relaxation rate (γ_a) and photons losses rate (γ_c) decrease with increasing number of Cr: YSO saturable absorber molecules number until reaching a certain value, at which point the variation becomes negligible. Optimal solutions were reached with accuracy and balance that achieve the best operating conditions for the laser system. The absolute error ratio between the theoretically calculated and the practically calculated parameters was (0.0299, 0.000009, 0.0000032), respectively.