• Задать вопрос менеджеру

Twitter новости

Обучение письменному иноязычному общению на основе ИКТ http://t.co/IK2NAjncrk

Online-опрос

Антиплагиат онлайнДипломант
Яндекс.Метрика

Задающий генератор лазерного излучения на основе кристалла иттрий алюминиевого граната

Предмет:Физика
Тип:Дипломная/Магистерская
Объем, листов:110
Word
Получить полную версию работы
Релевантные слова:Лазерный генератор, квантрон, диодная матрица, системы накачки, твердотельный лазер
Процент оригинальности:
97 %
Цена:2500 руб.
Содержание:

1. Введение. Технико-экономическое обоснование темы.

2. Аналитический обзор оптических схем накачки диодными матрицами твердотельных лазеров, работающих на длине волны 1064 нм.

2. 1. Схемы накачки активных элементов

2. 2 Схемы поперечной накачки

2. 3. Схемы накачки цилиндрических элементов

2. 4. Схемы с прямым вводом излучения накачки

2. 5. Схемы с оптическими системами подвода излучения накачки

2. 6. Схемы накачки прямоугольных элементов

2. 7. Схемы с зигзагообразным распространением лазерного излучения

2. 8. Схемы со скользящим падением лазерного излучения

2. 9. Схемы с квазипродольной накачкой

2. 10. Другие схемы накачки «слэб» элементов

2. 1. 11 Итог аналитического обзора

3. Разработка оптической, структурной и функциональной схемы установки.

3. 1. Методика расчета генератора твердотельного лазера с накачкой диодными матрицами.

3. 1. 1. Расчет накачки.

3. 1. 2. Расчет усиления в резонаторе.

3. 2. Разработка оптической схемы накачки лазерного генератора: продольный и поперечный варианты накачки.

3. 2. 1. Продольная накачка.

3. 2. 2. Поперечная накачка.

3. 3. Структурно-функциональная схема установки.

3. 4. Тепловой расчет лазерного генератора.

3. 4. 1 Тепловой расчет лазерного генератора при частоте следования импульсов 1000 Гц.

3. 4. 2 Тепловой расчет лазерного генератора при частоте следования импульсов 8 Гц.

3. 5. Разработка конструкции охлаждаемого элемента.

4. Расчет основных параметров лазерной системы, работающей на частоте следования импульсов генерации ~1 кГц.

4. 1. Расчет импульсной и средней мощности генерации при поперечной накачке.

4. 1. 1. Обоснование выбора выходного зеркала.

4. 2. Расчет импульсной и средней мощности генерации при продольной накачке.

4. 3. Выводы и основные результаты расчета

4. 4. Оценка влияния температуры диодных матриц накачки на выходные характеристики лазерного генератора.

5. Экспериментальная часть.

5. 1. Разработка эскизного варианта конструкции лазерного генератора.

5. 2. Экспериментальное определение выходных характеристик лазерного генератора при частоте импульсов генерации 8 Гц.

5. 2. 1. Зависимость средней и импульсной мощности от температуры диодных матриц.

5. 2. 2. Зависимость средней мощности от частоты повторения импульсов накачки.

5. 2. 3. Определение расходимости лазерного пучка.

5. 2. 4. Определение длительности импульса генерации.

5. 2. 5. Выводы из экспериментальной части.

6. Экономическая часть.

7. Безопасность и экологичность проекта.

8. Заключение.

9. Библиографический список.

Вступление:

В дипломном проекте разработан задающий генератор лазерного излучения на основе кристалла иттрий алюминиевого граната активированного ионами неодима с накачкой диодными матрицами.

В пояснительной записке сделан обзор оптических схем накачки, описаны оптическая, структурная и функциональная схемы установки, а также разработана конструкция охлаждаемого квантрона и выбрана оптическая схема накачки. В проекте проведен расчет основных параметров лазерного генератора, а также создан его работающий эскизный вариант, определены его выходные характеристики и проведены экспериментальные исследования.

Дипломный проект содержит 110 листов, 62 рисунков, 15 таблиц, 43 библиографических наименований.

In the degree project the setting generator of laser radiation on the basis of a crystal a yttrium of an aluminum pomegranate activated by ions of neodimium with a diode matrixes pumping is developed.

In the explanatory note is made the review of optical schemes of a pumping, optical, structural and functional schemes of installation are described, and also the design of the cooled generator is developed and the optical scheme of a pumping is chosen. In the project calculation of key parameters of the laser generator is carried out, and also its working outline variant is created, its target characteristics are defined and experimental researches are spent.

The degree project contains 110 sheets, 62 drawings, 15 tables, 43 bibliographic names.

Keywords: the Laser generator, quantron, a diode matrix, rating systems, the solid-state laser.

Лазер, как источник когерентного оптического излучения, внедряется во все новые области науки и техники. В ряде областей знаний он стал незаменимым инструментом для научных исследований, разработок приборов и технологических процессов. Успех лазера стал возможен благодаря уникальным свойствам оптического (светового) излучения, которое он дает. Важнейшими из них являются пространственная и временная когерентность. Эти свойства и выделяют лазеры из других - нелазерных - источников оптического излучения.

Пространственную когерентность часто определяют, как способность светового пучка давать четкую интерференционную картину лучей, взятых в одно и то же время из разных поперечных участков пучка. Иными словами, световые волны, идущие в разных поперечных участках луча, колеблются в фазе друг с другом. Если такое условие выполняется для всего поперечного сечения пучка, то последний - полностью пространственно когерентен. Теория распространения световых пучков, развитая на основе вторичных источников Гюйгенса, показывает, что чем больше пространственная когерентность пучка, тем меньшую расходимость он имеет. Поэтому лазерные пучки, обладающие высокой пространственной когерентностью, отличаются, прежде всего, малой расходимостью (несколько мрад, по сравнению с пучками обычных источников света, например, ламп накаливания это очень малая величина).

Малая расходимость лазерного луча позволяет переносить энергию на большие расстояния, фокусировать ее в очень малые объемы. Эти свойства открывают новые возможности для систем локации и связи, для тонких и специальных технологических процессов (сверхчистой микросварки, пайки, резки, для хирургии, офтальмологии и т. п. ).

Под временной когерентностью понимается способность светового пучка давать четкую интерференционную картину лучей, взятых из одного и того же его участка, но в разные моменты времени. Чем больше интервал между этими моментами, тем выше временная когерентность. Такому условию отвечают световые пучки с узким частотным спектром, иными словами, монохроматичные пучки. Понятия временная когерентность и монохроматичность эквивалентны. Тепловые источники света, как правило, имеют широкий спектр излучения и соответственно низкую временную когерентность. Лазерные пучки чаще всего монохроматичны и поэтому широко используются в аналитических приборах, для которых это свойство является решающим, например, в оптической голографии, спектроскопии высокого разрешения, лазерных гироскопах и т. п.

Важнейшее свойство лазерных источников — возможность получать короткие, мощные световые импульсы. Такие лазеры незаменимы для дальнометрии, прошивки отверстий в твердых материалах, локации и т. д.

Принципиальной основой работы лазеров является эффект вынужденного (индуцированного) излучения, предсказанный А. Эйнштейном в 1916 г. В 1939 г. , а затем в 1951 г. В. А. Фабрикант предложил способ усиления светового излучения путем пропускания его через специальным образом подготовленную усиливающуюся среду. Принципиальные основы построения лазера, как генератора световых колебаний, были заложены в трудах А. М. Прохорова, Н. Г. Басова и Ч. Таунса в 1955—1959 гг. Первый лазер (на рубине) был запущен Т. Мейманом в 1960 г. Лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом был впервые запущен Г. Гейзиком в 1964 г.

Лазер, как генератор светового излучения, должен содержать среду, усиливающую свет, и резонатор, осуществляющий положительную обратную связь между генерируемым светом и усиливающей средой. Роль усиливающей среды в нашем случае играет кристалл алюмоиттриевого граната с неодимом (АИГ-Nd или YAG-Nd). Этот кристалл по сравнению с другими лазерными активными средами (например, рубин, стекло с неодимом и т. д. ) обладает удачным сочетанием физических и спектральных свойств, позволяющих ему успешно работать практически во всех известных режимах генерации (импульсных и непрерывных). Так, например, в непрерывном режиме лазеры на гранате с неодимом позволяют достигать мощности излучения до 1 кВт. В импульсном режиме достигаются мощности излучения до 100—1000 МВт. Основное излучение лазеров на гранате с неодимом находится в ближнем инфракрасном диапазоне спектра. С помощью хорошо разработанных методов нелинейной оптики это излучение эффективно преобразуется в излучение видимого и ближнего ультрафиолетового диапазонов спектра. Эта возможность существенно расширяет области применения АИГ-лазеров.

В последнее время эффективность АИГ-лазеров за счет использования диодной накачки существенно выросла. Создание мощных твердотельных лазеров работающих в импульсно-периодическом режиме со средней мощностью ~ 1 кВт очень важно с точки зрения различных технологических применений. При создании лазеров с высокими выходными характеристиками часто используется режим усиления лазерного излучения по схеме: задающий генератор – усилитель. При этом излучение задающего генератора должно обладать хорошими пространственными и временными характеристиками для того, чтобы усиленное излучение также обладало высококачественными характеристиками.

Целью дипломной работы была разработка компактной конструкции задающего генератора твердотельного лазера с накачкой диодными матрицами и исследование его выходных характеристик.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

1. Разработать методику расчета и рассчитать необходимую мощность накачки, позволяющую получить на выходе задающего генератора среднюю мощность генерации на уровне ~50 Вт.

2. Выполнить тепловой расчет лазерного генератора при частоте следования импульсов генерации 8 и 1000 Гц.

3. Предложить эффективный способ охлаждения активной среды при работе на частоте 1000 Гц.

4. Выбрать оптимальную и достаточно простую оптическую схему накачки активной среды задающего генератора.

5. Разработать и изготовить компактную конструкцию задающего генератора с воздушным охлаждением, работающую при частоте следования импульсов генерации до 50 Гц.

6. Экспериментально исследовать выходные характеристики разработанной конструкции задающего генератора.

Объект исследования: твердотельные лазеры с диодной накачкой

Предмет исследования: компактная конструкция задающего генератора с диодной накачкой.

Гипотеза исследования: Использование диодных матриц накачки позволит разработать простую конструкцию задающего генератора с воздушным охлаждением, работающего при частоте следования импульсов генерации до 50 Гц и импульсной энергией генерации ~ 50 мДж.

База исследования: Базовая кафедра ЛТ при ОАО «Рязанский радиозавод».

Заключение:

В дипломном проекте проведена разработка генератора лазерного излучения на основе кристалла иттрий алюминиевого граната активированного ионами неодима с накачкой диодными матрицами, который позволил получать на выходе мощные импульсы с энергией ~50 мДж и частотой следования ~1 кГц.

Предложена и рассчитана система оптической накачки диодными матрицами активных сред на основе кристалла иттрий алюминиевого граната активированного ионами неодима (YAG-Nd);

Разработана охлаждаемая конструкция квантрона импульсно-периодического YAG-Nd лазера, работающего при частоте следования импульсов генерации ~1000Гц и энергией генерации в импульсе ~50мДж;

Разработана методика расчета генератора лазерного излучения, учитывающая эффект насыщения активной среды, при поперечной и продольной накачке и выполнен расчет выходных характеристик лазерного генератора в среде MathCad.

Определены основные области дальнейших исследований для повышения качества работы генератора.

Разработан комплект конструкторской документации, состоящий из конструкции лазерного генератора, конструкции охлаждаемого квантрона, структурной и функциональной схемы экспериментальной установки.

Помимо этого собран и опробован действующий эскизный вариант лазерного генератора, работающий на частоте 8 Гц, 64 Гц и кратковременно на 128 Гц.

Проведено экономическое обоснование темы дипломного проекта, построен ленточный график выполнения работы, также составлена смета затрат на разработку, план проводимых работ и проведен функционально – стоимостной анализ относительной данной разработки.

В разделе «Безопасность и экологичность проекта» была проведена оценка безопасности усилителя лазерного излучения и рассмотрены требования, которые необходимо соблюдать при работе с данным устройством.

Список литературы:

1. Lee S. , Kim S. K. , Yun M. , Kim H. S. , Cha B. H. , Moon H. -J. Appl. Opt. , 41, 1089 (2002).

2. Wang Y. , Kan H. Opt. Commun. , 226, 303 (2003).

3. Du K. , Zhang J. , Quade M. , Liao Y. , Falter S. , Baumann M. , Loosen P. , Poprawe R. Appl. Opt. , 37, 2361 (1998).

4. Hirano Y. , Yanagisawa Т. , Ueno S. , Tajime Т. , Uchino O. , Nagai Т. ,Nagasawa C. Opt. Lett. , 25, 1168 (2000).

5. Brand T. Opt. Lett. , 20, 1776 (1995).

6. Jackson S. D. , Piper J. A. Appl. Opt. , 35, 1409 (1996).

7. Fujikawa S. , Furuta K. , Yasui K. Opt. Lett. , 26, 602 (2001).

8. Furuta K. , Kojima T. , Fujikawa S. , Nishimae J. Appl. Opt. , 44, 4119

9. Golla D. , Knoke S. , Schone W. , et al. Opt. Lett, 20, 1148 (1995).

10. Golla D. , Freitag I. , Zeilmer H. , Schone W. , Kropke I. , Welling H. Opt. Commun. , 98, 86 (1993).

11. Yu D. L. , Tang D. Y. Opt. Laser Technol. , 35, 37 (2003).

12. Hirano Y. , Koyata Y. , et al. Opt. Lett. , 24, 679 (1999).

13. Pavel N. , Hirano Y. , Yamamoto S. , Koyata Y. , Tajime T. Appl. Opt. , 39, 986 (2000).

14. Golla D. , Bode M. , Knoke S. , Schone W. , Tuennermann A. Opt. Lett. , 21,210(1996).

15. Lu J. , Yagi H. , Takaichi K. , et al. Appl. Physi. B, 79, 25 (2004).

16. Walker D. R. , Flood C. J. , van Driel H. M. , Greiner U. J. , Klingenberg H. H. Opt. Lett. , 19, 1055 (1994).

17. Мак А. А. , Сомс Л. Н. , Фромзель В. А. , Яшин В. Е. Лазеры на неодимовом стекле (М. : Наука, 1990).

18. Мезенов А. В. , Сомс Л. Н. , Степанов А. И. Термооптика твердо- телъныгх лазеров (Л. : Машиностроение, 1986).

19. Kane T. J. , Eckardt R. C. , Byer R. L. IEEE J. Quantum Electron. , 19, 1351 (1983).

20. Eggleston J. M. , Kane T. J. , Kunh K. , Unternahrer J. , Byer R. L. IEEE J. Quantum Electron. , 20, 289 (1984).

21. Kane T. J. , Eggleston J. M. , Byer R. L. IEEE J. Quantum Electron. , 21, 1195 (1985).

22. Baer T. M. , Head D. F. , Gooding P. , Kintz G. J. , Hutchison S. IEEE J. Quantum Electron. , 28, 1131 (1992).

23. Tzuk Y. , Tal A. , Goldring S. , Glick Y. , Lebiush E. , Kaufman G. , Lavi R. IEEE J. Quantum Electron. , 40, 262 (2004).

24. Coyle D. B. IEEE J. Quantum Electron. , 27, 2327 (1991).

25. Gong M. , Li C. , Liu Q. , Chen G. , Gong W. , Yan P. Appl. Phys. B, 79, 265 (2004).

26. Liu Q. , Gong M. , Lu F. , Gong W. , Li C. Opt. Lett. , 30, 726 (2005).

27. Gong M. , Lu F. , Liu Q. , Gong W. , Li C. Appl. Opt. , 45, 3806 (2006).

28. Lu F. , Gong M. , Xue H. , Liu Q. , Gong W. Opt. Laser Technol. , 39, 949 (2007).

29. Lee J. R. , Baker H. J. , Friel G. J. , Hilton G. J. , Hall D. R. Opt. Lett, 27, 524 (2002).

30. Lapucci A. , Ciofini M. Appl. Opt. , 44, 4388 (2005).

31. Dascalu T. , Taira T. , Pavel N. Opt. Lett. , 27, 1791 (2002).

32.

33. Безопасность жизнедеятельности: Учебник. /Под ред. профессора Э. А. Арустамова. - М. : Изд. Дом "Дашков и Ко", 2000г.

34. Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. - М. : Высшая школа, 2000.

35. Экологическое право в России / Под ред. В. Д. Ермака, О. Я. Сухарева. -М: ИМП, 2003

36. ГОСТ 12. 1. 040-83* "Система стандартов безопасности труда. Лазерная безопасность. Общие положения".

Бесплатные работы:

Рекомендованные документы: