بررسی اثرات گرمایی و بازدیسی نیمرخ دمش بر پرتوهای خاص ماتیو-گاوس، کسینوس-گاوس و سهموی-گاوس

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                   صفحه

فصل اول: مقدمه

• مقدمه و تاریخچه ……………………………………………………………………………………………………………2

• آنچه در رساله خواهد آمد ……………………………………………………………………………………………..6

فصل دوم: تأثير گرما بر عملكرد ليزرهاي حالت جامد

2-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………..9

2-2 اصول اساسي انتقال گرما……………………………………………………………………………………………………10

2-2-1 انتقال گرما از طريق رسانش  ………………………………………………………………………………………10

2-2-2 انتقال گرما از طريق همرفت………………………………………………………………………………………..12

2-2-3 انتقال گرما از طريق تابش……………………………………………………………………………………………13

2-3  گرما در میله‌های لیزری…………………………………………………………………………………………………..14

2-3-1 ایجاد گرما در اثر دمش………………………………………………………………………………………………….14

2-3-2 عدسی گرمایی……………………………………………………………………………………………………………….17

2-3-3 انتقال گرما در سامانه لیزری خنک‌کننده با سیال………………………………………………………….18

2-4 تأثیر گرما بر عملکرد لیزر حالت جامد با دمش از انتها………………………………………………………20

2-4-1 توزيع دما در ميله ليزري با دمش از انتها……………………………………………………………………….20

2-4-2 فاصله‌ی كانوني عدسي گرمايي القایی در ميله ليزري با دمش از انتها…………………………..23

2-5 تأثیر گرما بر عملکرد لیزر حالت جامد با دمش از پهلو……………………………………………………….25

2-5-1 توزيع دما در ميله ليزري دمش از پهلو…………………………………………………………………………..25

2-5-2 فاصله‌ی كانوني عدسي گرمايي القایی در ميله ليزري با دمش از پهلو……………………………26

 فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                  صفحه

فصل سوم: مدل گرمایی پرتوهای کسینوس-گاوس و سهموی-گاوس، مقایسه تأثیر گرما بر تولید پرتوهای هلمهولتز-گاوس

3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………30

3-2 پرتوهای هلمهولتز-گاوس………………………………………………………………………………………………….32

3-2-1 پرتو بسل-گاوس……………………………………………………………………………………………………………33

3-2-2 پرتو ماتیو-گاوس……………………………………………………………………………………………………………35

3-2-3 پرتو کسینوس-گاوس……………………………………………………………………………………………………37

3-2-4 پرتو سهموی-گاوس………………………………………………………………………………………………………37

3-3 مدل گرمایی……………………………………………………………………………………………………………………….39

3-4 محاسبه فاصله کانونی عدسی گرمایی و شبیه سازی توزیع شدت پرتوهای کسینوس-گاوس و سهموی-گاوس………………………………………………………………………………………………………………………..47

3-5 مقایسه تأثیر گرما بر تولید پرتوهای هلمهولتز-گاوس………………………………………………………66

3-6 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………73

فصل چهارم: بررسی اثر بازدیسی نیمرخ دمش بر مدل گرمایی پرتوهای هلمهولتز-گاوس یک لیزر حالت جامد

4-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………..76

4-2 مدل گرمایی و انتقال پرتو در محیط عدسی-گونه القایی…………………………………………………77

4-3 نتایج…………………………………………………………………………………………………………………………………..79

4-3-1 چشمه گرمایی دارای نیمرخ بسل-گاوس………………………………………………………………………80

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                  صفحه

4-3-2 چشمه گرمایی دارای نیمرخ ماتیو-گاوس……………………………………………………………………..85

4-3-3  چشمه گرمایی دارای نیمرخ کسینوس-گاوس……………………………………………………………..91

4-4 بحث……………………………………………………………………………………………………………………………………95

4-5 نتیجه‌گیری………………………………………………………………………………………………………………………..96

فصل پنجم: نتیجه‌گیری

5-1 نتیجه‌گیری و پیشنهادات………………………………………………………………………………..97

منابع……………………………………………………………………………………………………………..100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                  صفحه

 

شکل 2-1 انتقال گرما از یک صفحه فلزی داغ از طریق همرفت………………………………………………..13

شکل 2-2 ترازهای انرژی در یک لیزر چهار ترازی……………………………………………………………………16

شکل 2-3 سامانه‌هاي خنک کننده با سیال در حالت دمش طولي……………………………………………18

شکل 2-4 سطح مقطع سامانه خنك كننده و تصوير لكه دمش بر روي آن……………………………..18

شکل 2-5 سامانه خنك‌سازي میله لیزری توسط صفحه خنك‌كننده……………………………………….22

شکل 2-6 سطح مقطع میله لیزری با دمش جانبی از سه طرف………………………………………………..25

شکل 3-1 چیدمان آزمایشگاهی هاکولا برای تولید پرتوهای بسل-گاوس……………………………….34

شکل 3-2 چیدمان آزمایشگاهی برای تولید پرتوهای ماتیو-گاوس…………………………………………..34

شکل 3-3 تغییرات چگالی چشمه گرمایی بر حسب فاصله شعاعی …………………………………………41

شکل 3-4 تغییرات چگالی چشمه گرمایی در راستای شعاع میله برای کمرهای پرتو دمشی متفاوت در توان دمش 5وات……………………………………………………………………………………………………..41

شکل 3-5 توزیع دمای بلور در راستای شعاع میله برای توان دمش مختلف……………………………..43

شکل 3-6 توزیع دمای بلور در راستای محور میله برای توان دمش مختلف………………………………43

شکل 3-7 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 2 سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 1وات…………………………………………………………………………………………………50

شکل 3-8 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 2 سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 3وات…………………………………………………………………………………………………51

شکل 3-9 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 2 سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 5وات…………………………………………………………………………………………………52

شکل 3-10 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 5 سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 1وات……………………………………………………………………………………………..53

شکل 3-11 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 5 سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 3وات……………………………………………………………………………………………..54

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                  صفحه

شکل 3-12 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 5 سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 5وات……………………………………………………………………………………………..55

شکل 3-13 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 10سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 1وات …………………………………………………………………………………………..56

شکل 3-14 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 10سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 3وات ……………………………………………………………………………………………57

شکل 3-15 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 10سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 5وات……………………………………………………………………………………………..58

شکل 3-16 از بالا به پایین) توزیع شدت پروهای سهموی-گاوس در فاصله 2 سانتی‌متری از کمر پرتو به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5وات. خطوط نقطه چین مدل گرمایی پرتو سهموی-گاوس و خطوط ممتد برای مدل بدون گرما……………………………………………………………………………….60

شکل 3-17  سمت چپ از بالا به پایین) لکه لیزری مدل گرمایی پرتو سهموی-گاوس در فاصله 2 سانتی‌متری از کمر پرتو به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5وات. سمت راست: لکه لیزری سهموی-گاوس در فاصله 2 سانتی‌متری از کمر برای مدل بدون گرما…………………………………….61

شکل 3-18 از بالا به پایین) توزیع شدت پرتوهای سهموی-گاوس در فاصله 5 سانتی‌متری از کمر پرتو به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5وات. خطوط نقطه چین مدل گرمایی پرتو سهموی-گاوس و خطوط ممتد برای مدل بدون گرما…………………………………………………………………………….62

شکل 3-19 سمت چپ از بالا به پایین) لکه لیزری مدل گرمایی پرتو سهموی-گاوس در فاصله 5 سانتی‌متری از کمر پرتو به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5وات. سمت راست: لکه لیزری سهموی-گاوس در فاصله 5 سانتی‌متری از کمر برای مدل بدون گرما………………………………………63

شکل 3-20: از بالا به پایین) توزیع شدت پروهای سهموی-گاوس در فاصله 10 سانتی‌متری از کمر پرتو به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5وات. خطوط نقطه چین مدل گرمایی پرتو سهموی-گاوس و خطوط ممتد برای مدل بدون گرما……………………………………………………………………………….64

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                          صفحه

شکل 3-21 سمت چپ از بالا به پایین) لکه لیزری مدل گرمایی پرتو سهموی-گاوس در فاصله 10سانتی‌متری از کمر پرتو به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5وات. سمت راست: لکه لیزری سهموی-گاوس در فاصله 10سانتی‌متری از کمر برای مدل بدون گرما……………………………………65

شکل 3-22 توزیع شدت پرتوهای خاص در فاصله‌ی 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 1، 3 و 5 وات………………………………………………………………………………………………………………………………67

شکل 3-23 لکه لیزری برای مدل گرمایی در فاصله‌ی 2سانتی متری از کمر پرتو، به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5 وات……………………………………………………………………………………………………………68

شکل 3-24 توزیع شدت پرتوهای خاص در فاصله‌ی 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان دمش 1، 3 و 5 وات………………………………………………………………………………………………………………………………69

شکل 3-25 لکه لیزری برای مدل گرمایی در فاصله‌ی 5سانتی متری از کمر پرتو، به ترتیب برای توان دمش 1، 3 و 5 وات……………………………………………………………………………………………………………70

شکل3-26: از بالا به پایین: توزیع شدت مدل گرمایی پرتوهای خاص در فاصله‌ی 5 سانتی متری از کمر پرتو، به ترتیب برای کمر پرتو دمش  200 ,100  و 300 μm در توان دمش 5 وات…….72

شکل3-27: از بالا به پایین: لکه لیزری برای مدل گرمایی در فاصله‌ی 5 سانتی متری از کمر پرتو، به ترتیب برای کمر پرتو دمش  200 ,100  و 300 μm در توان دمش 5 وات……………73

شکل 4-1 شکل 4-1  شمای بلور لیزری دمش شده از انتها……………………………………………………80

شکل 4-2 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای بسل-گاوس در فاصله  2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 1وات………………………………………………………………………………………………………….82

شکل 4-3 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای بسل-گاوس در فاصله  2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 3وات………………………………………………………………………………………………………….83

شکل 4-4 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای بسل-گاوس در فاصله  2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 5وات………………………………………………………………………………………………………….83

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                          صفحه

شکل 4-5 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای بسل-گاوس در فاصله  5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 1وات…………………………………………………………………………………………………………84

شکل 4-6 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای بسل-گاوس در فاصله  5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 3وات………………………………………………………………………………………………………….84

شکل 4-7 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای بسل-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 5وات…………………………………………………………………………………………………………85

شکل 4-8 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای ماتیو-گاوس در فاصله 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 1وات………………………………………………………………………………………………………….88

شکل 4-9 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای ماتیو-گاوس در فاصله 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 3وات………………………………………………………………………………………………………….88

شکل 4-10 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای ماتیو-گاوس در فاصله 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 5وات………………………………………………………………………………………………………….89

شکل 4-11 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای ماتیو-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 1وات………………………………………………………………………………………………………….89

شکل 4-12 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای ماتیو-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 3وات………………………………………………………………………………………………………….90

شکل 4-13 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای ماتیو-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 5وات………………………………………………………………………………………………………….90

شکل 4-14 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 1وات……………………………………………………………………………………………….92

شکل 4-15 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 3وات……………………………………………………………………………………………….92

شکل 4-16 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 2سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 5وات………………………………………………………………………………………………93

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                  صفحه

شکل 4-17 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 1وات………………………………………………………………………………………………93

شکل 4-18 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 3وات………………………………………………………………………………………………94

 شکل 4-19 توزیع شدت و لکه لیزری برای پرتوهای کسینوس-گاوس در فاصله 5سانتی متری از کمر پرتو برای توان پمپ 5وات………………………………………………………………………………………………94

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                  صفحه

جدول 3-1 فاصله کانونی عدسی گرمایی بر حسب توان دمش………………………………………………….48

جدول 3-2 فاصله کانونی عدسی گرمایی بر حسب کمر پرتو دمش…………………………………………..48

جدول 4-1: فاصله کانونی عدسی گرمایی برای نیمرخ چشمه گرمایی بسل-گاوس…………………81

جدول 4-2: فاصله کانونی عدسی گرمایی برای نیمرخ چشمه گرمایی ماتیو-گاوس………………..86

جدول 4-3: فاصله کانونی عدسی گرمایی برای نیمرخ چشمه گرمایی کسینوس-گاوس…………91