بررسی آثار حرارتی لیزر میله‌ای تحت دمش پیوسته گوسی و سوپر گوسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و مهندسی گلپایگان، گلپایگان، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، توزیع غیریکنواخت دما و آثار آن در بلور میله­ای که تحت پرتوهای گوسی و سوپرگوسی قرار دارد، به روش تحلیلی بررسی می­شود. بلور به‌صورت یک میله با خواص ترمومکانیکی ایزوتروپیک فرض شده که با استفاده از پرتوهای دمش طولی برانگیخته می‌گردد. پرتوی دمش به سه صورت گوسی، سوپر گوسی مرتبه دوم و سوپر گوسی مرتبه سوم در نظر گرفته‌شده و اثرات هریک بر توزیع دما و عدسی گرمایی بایک­دیگر مقایسه می‌شود. با توجه به نوع پرتو دمشی، توان گرمایی ایجادشده در داخل بلور، در هر یک از حالت‌های گوسی و سوپرگوسی محاسبه‌شده و معادله  توزیع دما به روش تحلیلی حل شده و  در ادامه یک فرم بسته برای توزیع دمای بلور تعیین می‌گردد. پاسخ به‌دست‌آمده با نتایج المان محدود و تجربی مقایسه و در نهایت توزیع دما و میزان عدسی شدگی در توان‌های مختلف محاسبه می­شود. نتایج نشان می­دهد که در دمش سوپر گوسی، بیشینه دما کوچک‌تر از دمش گوسی بوده و نقطه کانونی در فاصله بزرگ‌تری (از سطح ورودی دمش) نسبت به حالت گوسی اتفاق می­افتد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Koechner W., Solid-state laser engineering: Springer, 2013.
[2] Dudney N. J., West, W. C., Nanda, J., Handbook of Solid State Batteries: World Scientific, 2016.
[3] Injeyan H., Pflug, G. C., Vespucci, M. T., High Power Laser Handbook: McGraw-Hill, 2011.
[4] Ma Z., Li, D., Gao, J., Wu, N., Du, K., Thermal effects of the diode end-pumped Nd: YVO 4 slab. Optics Communications, Vol. 275, No. 1, pp. 179-185, 2007.
[5] Ma Z., Gao, J., Li, D., Li, J., Wu, N., Du, K., Thermal stress effects of the diode-end-pumped Nd: YLF slab. Optics Communications, Vol. 281, No. 13, pp. 3522-3526, 2008.
[6] Babaei Bavil M., Safari, E., Thermal and stress analyses in an end-pumped Nd: YAG slab laser using finite element method. Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 28, No. 8, pp. 3231-3236, 2014.
[7] Karoussis I. K., Kyriakidou, K., Psarros, C., Lang, N. P., Vrotsos, I. A., Nd: YAG laser radiation (1.064 nm) accelerates differentiation of osteoblasts to osteocytes on smooth and rough titanium surfaces in vitro. Clinical Oral Implants Research, 2016.
[8] Lin J., Pask, H., Nd: GdVO4 self-Raman laser using double-end polarised pumping at 880 nm for high power infrared and visible output. Applied Physics B, Vol. 108, No. 1, pp. 17-24, 2012.
[9] Liang D., Almeida, J., Guillot, E., Side-pumped continuous-wave Cr: Nd: YAG ceramic solar laser. Applied Physics B, Vol. 111, No. 2, pp. 305-311, 2013.
[10] Ashoori V., Shayganmanesh, M., Radmard, S., Heat generation and removal in solid state lasers: INTECH Open Access Publisher, 2012.
[11] Shayganmanesh M., Beirami, R., Evaluation of thermal effects on the beam quality of disk laser with unstable resonator. Optics Communications, Vol. 383, pp. 92-100, 2017.
[12] Mohammadzahery Z., Jandaghi, M., Alipour, S., Dadras, S., Kazemi, S., Sabbaghzadeh, J., Theoretical study on thermal behavior of passively Q-switched microchip Nd: YAG laser. Optics & Laser Technology, Vol. 44, No. 4, pp. 1095-1100, 2012.
[13] Grigore O. V., Croitoru, G., Dascalu, T., Pavel, N., Diode-laser edge-pumped Nd: YAG/YAG lens-shaped composite laser. Optics & Laser Technology, Vol. 94, pp. 86-89, 2017.
[14] Mojahedi M., Shekoohinejad, H., Thermal Stress Analysis of a Continuous and Pulsed End-Pumped Nd: YAG Rod Crystal Using Non-Classic Conduction Heat Transfer Theory. Brazilian Journal of Physics, Vol. 48, No. 1, pp. 46-60, 2018.
[15] Huang T., Huang, W., Wang, J., Lu, X., Pan, X., Guo, J., Fan, W., Li, X., High energy diode-pumped sapphire face-cooled Nd: glass multi-slab amplifier. J Optics Laser Technology, Vol. 107, pp. 415-423, 2018.
[16] Liu J., Liu, Y., Tang, X., Wang, C., Liu, L., Chen, L., Li, N., Wang, K., Liang, X., Lü, K., A design of a surface-doped Yb: YAG slab laser with high power and high efficiency. J Chinese Optics Letters, Vol. 16, No. 10, pp. 101401, 2018.
[17] Eggleston J., Kane, T., Kuhn, K., Unternahrer, J., Byer, R., The slab geometry laser--part I: theory. IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 20, No. 3, pp. 289-301, 1984.
[18] Kane T., Eggleston, J., Byer, R., The slab geometry laser-Part II: Thermal effects in a finite slab. IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 21, No. 8, pp. 1195-1210, 1985.
[19] Liu T., Yang, Z., Xu, S., Analytical investigation on transient thermal effects in pulse end-pumped short-length fiber laser. Optics express, Vol. 17, No. 15, pp. 12875-12890, 2009.
[20] Lu F., Gong, M., Xue, H., Liu, Q., Gong, W., Analysis on the temperature distribution and thermal effects in corner-pumped slab lasers. Optics and lasers in engineering, Vol. 45, No. 1, pp. 43-48, 2007.
[21] Zhang S., Xu, J., Transient thermal effect in the gain medium of pulsed and end-pumped laser, in Proceeding of, Optical Society of America, pp. TUP4_6,  2009.
[22] Marmois E., Cardinali, V., Le Touzé, G., Le Garrec, B., Experimental measurements and finite-element modelling of thermal effects in Yb3+ doped sesquioxide thin disk lasers, in Proceeding of, International Society for Optics and Photonics, pp. 77210O-77210O-14,  2010.
[23] Shibib K. S., Minshid, M. A., Alattar, N. E., Thermal and stress analysis in Nd: YAG laser rod with different double end pumping methods. Thermal Science, Vol. 15, pp. S399-S407, 2011.
[24] Saravani M., Jafarnia, A., Azizi, M., Effect of heat spreader thickness and material on temperature distribution and stresses in thin disk laser crystals. Optics & Laser Technology, Vol. 44, No. 4, pp. 756-762, 2012.
[25] Zhu G., Zhu, X., Dai, Z., Wang, Z., Zhu, C., Analytical model of optical path difference in an end-pumped Yb: YAG thin-disk laser with nonuniform pumping light. Applied optics, Vol. 54, No. 10, pp. 3024-3031, 2015.
[26] Zhu G., Zhu, X., Wang, M., Feng, Y., Zhu, C., Analytical model of thermal effect and optical path difference in end-pumped Yb: YAG thin disk laser. Applied optics, Vol. 53, No. 29, pp. 6756-6764, 2014.
[27] Zarei H. R., Mojahedi, M., Non-classical thermomechanical analysis of Nd:Yvo4 slab laser under multi-pulse end pumping using finite element method. Mechanical Engineering Sharif, Vol. 34, No. 2, pp. 125-132, 2018.
[28] Ding X., Ren, Y., Lu, R., Shaping super-Gaussian beam through digital micro-mirror device. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, Vol. 58, No. 3, pp. 1-6, 2015.
[29] Incropera F. P., Lavine, A. S., Bergman, T. L., DeWitt, D. P., Principles of heat and mass transfer: Wiley, 2013.