17162

72 گلپايگان

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1396

99ص: مصور، جدول، نمودار

مهدي مجاهدي

1400/11/12

كتابنامه

مهندسي مكانيك

فني مهندسي گلپايگان

1400/11/12

66

چكيده نحوه دمش، مشخصات فيزيكي ماده فعال و سيستم خنك‌كننده از مهم‌ترين عوامل تأثيرگذار در طراحي ليزر جهت دست‌يابي همزمان به راندمان و كيفيت باريكه بالا ميباشد. در بلور ليزري تحت دمش، مقداري از انرژي فوتون‌ها صرف توليد حرارت در بلور ميگردد. ايجاد اين حرارت باعث به وجود آمدن انتقال حرارت هدايتي در بلور ليزر و توزيع درجه حرارت غيريكنواخت در آن ميگردد. همچنين گرمايي كه از طريق سيستم خنك‌كننده به بيرون انتقال داده مي‌شود، به‌صورت انتقال حرارت همرفت ميباشد. در اين پژوهش با در نظر گرفتن يك مدل از ديسك ليزري كه داراي پخش‌كننده است، به بررسي ترمواپتومكانيكي بلور ديسكي نازك نئوديوم: ياگ تحت دمش يكنواخت، پرداخته ميشود. نتايج با دو روش تحليلي و المان محدود به دست آمده و با مقايسه اين دو روش، صحت نتايج اعتبارسنجي ميگردد. در ادامه براي توانهاي دمشي مختلف، توزيع درجه حرارت و تنش بلور در انواع دمشهاي طولي، عرضي و سطحي با در نظر گرفتن فرمهاي گوسي و سوپرگوسي تعيين ميشود. سپس تأثير جنس پخشكننده بر ميزان بيشينه درجه حرارت و تنشهاي حرارتي مورد مطالعه قرارگرفته و بهترين جنس براي پخش‌كننده حرارتي انتخاب ميشود. همچنين نقش ضرايب انتقال حرارت همرفت در توزيع دما و تنش محاسبه و ميزان تأثير آن در كاهش اثرات حرارتي بررسي خواهد شد و درنهايت با توجه به توزيع دما و تنش به دستآمده، پديده عدسي شدگي براي انواع دمشهاي مذكور محاسبه ميگردد. نتايج نشان ميدهد كه در دمش طولي بهترين پخش‌كننده داراي كمترين آثار حرارتي است. علاوه براين، با مقايسه تنشهاي دو نوع پخش‌كننده با مقطع ساده و متغير نشان داده ميشود كه ميزان تنشها در ديسك با پخشكننده ساده بيشتر از ميزان آن در ديسك ليزري با پخش‌كننده متغير است. همچنين با مقايسه فاصله كانوني در دو حالت دمش طولي و عرضي، ملاحظه ميگردد كه فاصله كانوني در حالت طولي بيشتر بوده و پرتو خروجي ليزر در اين نوع دمش، داراي كيفيت بالاتري ميباشد.

Abstract Physical characteristics of active material and cooling system are the most important factors that influencing on laser design in order to achieve high efficiency and high quality of the beam. In this thesis, a model for Nd:YAG thin composite disk lasers under Gaussian and super Gaussian beam pumping is presented to study the thermomechanical analysis of the laser’s system. The disk is connected to heat spreaders with constant and variable area on one side and cooled through it. By implementing heat transfer and thermoelasticity relations and using finite element and analytical methods, temperature and stress distributions in the crystal and spreaders are obtained for different Gaussian and super Gaussian pumping powers. The results are verified by comparing the findings of both analytical and finite element methods. By calculating the maximum stresses at different pumping powers and comparing them with the fracture stress, failure power of the crystal is calculated. In addition, the influence of convection heat transfer coefficients on thermomechanical behavior will be calculated and its impact on reducing the thermal effects will be investigated. Finally, the roles of material and geometry on the distribution of temperature and stress are studied and the appropriate heat spreader is selected.

مهدي مجاهدي