16715

16715

مطالعه فرآيندهاي مؤثر در درخشندگي باريكه ليزر ديسك نازك Yb:YAG پرتوان به منظور بهينه سازي آن‌ها

دكتري

اتمي و مولكولي

بهمن 1395

دكتر محمد حسين مهديه

فيزيك

هدف اين پايان نامه، بررسي فرآيندهاي مؤثر در كيفيت باريكه ليزر ديسك نازك پرتوان مي¬باشد تا به اين طريق بتوان كيفيت باريكه يك ليزر را بهبود بخشيد و درخشندگي آن را در محل قطعه كار، جهت جوش كاري عميق و برش ورق¬هاي ضخيم با كيفيت برش بهتر، بالا برد. راه ديگر افزايش درخشندگي، افزايش توان خروجي است كه به آن نيز پرداخته شده است. اندازه گيري توزيع فضايي دمش بر روي ديسك Yb:YAG، تعيين ميزان يكنواختي اين توزيع و تاثير دماي خنك¬ساز ديسك بر روي كيفيت باريكه خروجي ليزر انجام گرفت. از آنجايي كه عملكرد Yb:YAG به شدت به دما وابسته است، تغيير دماي آن مي تواند تاثيراتي بر روي توزيع توان جذب شده دمش بگذارد، كه مورد بررسي قرار گرفت. از مشكلات بوجود آمده در توان‌هاي بالا، نور برگشتي دمش و نحوه مقابله با آن است. اين معضل با ايجاد تغييراتي در سامانه اپتيكي دمش مرتفع گرديد. محاسبات نظري انجام گرفته نيز در تطابق كامل با نتايج تجربي بوده است. استفاده از سه ديسك ماده فعال در يك تشديدگر، جهت افزايش توان خروجي ليزر مورد بررسي نظري و عملي قرار گرفت. چيدمان ليزر سه ديسكي عملاً نيز انجام شد و توان خروجي به 2.6 برابر توان ليزر تك ديسكي، افزايش پيدا كرد. استفاده از دو تشديدگر همزمان براي يك ديسك، كه با افزايش توان دمش، خروجي از يك تشديدگر بطور خودكار به تشديدگر ديگر منتقل مي¬شود، از طرح هاي ابداعي اجرا شده در اين تحقيق بوده كه نتيجه آن بهبود 20% كيفيت باريكه خروجي ليزر مي باشد. با افزايش توان در ليزر ديسك نازك، ناپايداري مدي و لرزش شديد در شدت فضايي باريكه و نتيجتاً افت كيفيت باريكه مشاهده شد. مشخص گرديد منشاء اصلي اين پديده، تلاطم هواي داخل سامانه چند عبوري مي باشد. با مجزا كردن مسير تشديدگر از فضاي مجاور بوسيله لوله گذاري، اين مشكل مرتفع گرديد.

1395/12/02

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis we study the processes that are involved to beam quality of a high power Yb:YAG thin-disk laser (TDL). The beam quality of high power lasers is an important issue in some applications such as laser drilling an​d cutting. For improving the beam quality, a dual V-type resonators was designed an​d its performance was inspected. With this resonators, the laser beam quality was improved about 20%. In another attempt, by using three active disks in one oscillator, the laser output power was increased an​d power of up to 2.6 times higher than that of a single TDL was achieved. Thin-disk laser operating in high power regime is usually involved to some unidentified destructive issues such as beam pointing instability an​d mode instability which influence the beam quality significantly. The investigations in this thesis showed that air turbulences is one of the main concern for causing the above instabilities. When TDL is operated in high power, the air turbulences are mainly produced in the laser cavity. Such process occurs via absorption of a fraction of the laser beam by the air in the propagation path an​d consequent thermal convection of the ambient atmosphere. Appropriate isolating pipes were designed an​d used to diminish the air turbulences which resulted in achievement of excellent beam stability during the laser operation in high power mode.