شماره مدرك :
17147
شماره راهنما :
62 گلپايگان
پديد آورنده :
اميري، احسان
عنوان :

تحليل گرمايي و تنشي يك بلور ميله اي داراي فيبر ليزري تحت دمش يكنواخت با استفاده از روش المان محدود

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1395
صفحه شمار :
103ص: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي مجاهدي
توصيفگر ها :
فيبر ليزر , بلور yb:yag , چهار هسته , دمش طولي , المان محدود
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/11/11
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
دانشكده :
فني مهندسي گلپايگان
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/11/11
كد ايرانداك :
59
چكيده فارسي :
چكيده: امروزه ليزرها كاربرد فراواني در صنايع مختلف پيدا كرده¬اند. به دليل خواص همدوسي، تك¬فامي، جهتمندي، درخشايي، كيفيت بالاي نور و توان بالا اين پرتوها در صنايعي از قبيل پزشكي، حمل و نقل، نظامي و ارتباطات كاربرد گسترده¬اي دارند. از نظر ماهيت، ليزر اختلافي با نور نداشته و تنها در خواص فيزيكي با آن متفاوت است. ليزرها بر اساس ماده فعال¬شان به دسته هاي جامد، مايع و گاز طبقه¬بندي مي شوند. ليزرهاي حالت جامد از يك ماده ميزبان تشكيل مي¬شوند كه اين ماده ميزبان توسط يون فعال آلاييده مي گردد. با توجه به شكل هندسي محيط ميزبان ليزرهاي جامد به صورت بره¬اي، ميله¬اي، ديسكي و فيبر ساخته مي شوند. در موارد گسترده¬اي ليزرهاي حالت جامد توسط دمش ديودي برانگيخته شده و فرآيند توليد ليزر را انجام مي-دهند. فرآيند دمش به صورت¬هاي مختلفي اعمال مي¬گردد كه دو نمونه دمش عرضي و طولي از رايج¬ترين و پركاربردترين موارد دمش ديودي مي باشد. در دمش انجام گرفته، مقداري از انرژي دمشي در هنگام گسيل تبديل به گرما شده و سبب بالا رفتن درجه حرارت و ايجاد گراديان دمايي در بلور مي شود، اين گراديان مي-تواند تنش¬هاي حرارتي ايجاد نموده و روي كيفيت پرتو خروجي اثر گذاشته و حتي منجر به شكست بلور گردد. در فيبرها نيز اثرات گرمايي دمش، روي عملكرد ليزر اثرگذار بوده و ظرفيت توان آن را كاهش مي دهد. در اين پژوهش به برررسي رفتار ترمومكانيكي يك فيبر ليزر تك غلافه Yb:YAG تحت دمش طولي پيوسته پرداخته مي¬شود. فيبر تك غلافه به دو صورت تك هسته¬اي و چهارهسته¬اي مدلسازي شده و در محيط نرم افزاري المان محدود شبيه سازي مي¬گردد. براي تعيين توزيع دما و تنش در بلور، به دليل تقارن در بارحرارتي و هندسه، مدل يك چهارم به¬كارگرفته شده است. از آناليز ميدان¬هاي كوپله حرارت-سازه در محيط نرم افزاري بهره گرفته شده و ابتدا توزيع دما در بلور محاسبه و سپس ميدان تنش در دو فيبر تك هسته اي و چهارهسته اي تعيين مي شود. در تحليل هاي انجام شده وابستگي پاسخ¬ها به مش¬ها مورد ارزيابي قرار گرفته و تعداد المان ها و تقسيمات مورد نياز جهت همگرايي تعيين مي¬گردد. در بررسي توزيع حرارت در فيبر چهارهسته¬اي، ابتدا دو فيبر كه داراي دو موقعيت متفاوت هسته هستند، پيشنهاد گرديده و دماي فيبر¬هاي مربوطه با يك¬ديگر مقايسه شده و فيبري كه داراي دماي كوچكتري است، انتخاب مي گردد. نتايج نشان مي-دهد كه در يك توان مشخص، فيبر چهارهسته اي در مقايسه با فيبر تك هسته اي داراي بيشينه تنش كوچكتري بوده و توان دمشي شكست آن به مراتب بزرگتر از فيبر تك¬هسته¬اي مي باشد. درنهايت آثار حرارتي دمش شامل شكست بلور، عدسي شدگي و تغييرات ضريب شكست در دو بلور چهار هسته‌اي و تك‌هسته‌اي باهم مقايسه شده و نشان داده مي شود كه از نظر ترمومكانيكي فيبرچهارهسته¬اي داراي عملكرد بهتري مي باشد.
چكيده انگليسي :
Abstract: Nowadays laser have found great applications in various industries. Because of coherency, monochromaticity, directionality, brightness, high optical quality and high power, the laser beam have an enormous application in medical, transportation, military and communications industry. Naturally, the laser has no difference from the light and it only differs in physical properties. Lasers based on the active substance are categorized to solid, liquid and gas. The solid state lasers are formed from host mediums that are doped by an active ions. The host environment is built in the form of slab, rod, disk and fiber according to the geometric shape. In most cases, the solid lasers can be stimulated by diode pumping. Pumping process is applied in different ways that side and end pumpings are common types of pumping. During the pumping, some of the pumping energy at the crystal is converted to heat and this heat causes the temperature gradient in the crystal. the temperature gradient can produce the thermal stresses and even lead to fracture in the crystals. In the fiber lasers, these phenomona disturb the laser operation and decrease the maximum input power of the laser. In this research, the thermo-mechanical behaviour of single clad Yb:YAG fiber laser is discussed under continuous end pumping. The single clad fibers have been modelled with single and four cores and they are simulated in finite element software (Ansys). Since the thermal loading and geometry of the fiber have symmetry planes, in the modelling, one-quarter model is used to determine the temperature and stress distributions. In the Ansys software, the coupled thermal-structural analysis is utilized. First, the temperature distribution is calculated in the thermal environment of the software and then thermal stress fields for single core and four core fiber lasers are obtained by applying the temperature distributions calculated through the thermal analysis. In the analysis, the mesh dependency is eva‎luated and for achevinig convergency, the reuquired number of element is determined. The temperature distribtions in single and four core fibers, with two positions for cores, are calcluated. For any case, the calculated temperatures are compared with each other and the position of core related to smaller temperature is selected. The results show that, in comparison to single-core fiber, a four-core fiber has smaller maximum stress at the same power and higher pumping fracture power. Finally, the other thermal effects of the pumping, including thermal lensing, for single and four-core fiber are compared with each other and it is shown that the four core fiber laser has better performance in terms of thermomechanical output.
استاد راهنما :
مهدي مجاهدي
لينک به اين مدرک :

بازگشت