Моделирование термомеханических процессов в выходном окне высокомощного со2-лазера
Научная библиотека 12.01.2017 Комментариев к записи Моделирование термомеханических процессов в выходном окне высокомощного со2-лазера нетРогожин М.В., Рогалин В.Е. Крымский М.И. // Журнал: Международный научно-исследовательский журнал, Номер: 7-2 (38), 2015 с: 33-40
АННОТАЦИЯ:
Разработана математическая модель, описывающая термомеханические процессы, протекающие в выходном окне непрерывного газового лазера высокой мощности, на примере СО 2 — лазера. Получены зависимости максимальной выдерживаемой мощности излучения от диаметра пучка, распределения температур и механических напряжений, а также исследована расходимость излучения для окон, изготовленных из ZnSe, KCl и поликристаллического алмаза.
ОПИСАНИЕ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ:
MODELING OF THERMOMECHANICAL PROCESSES IN A HIGH-POWER CO 2-LASER OUTPUT WINDOW
Rogozhin M.V.1, Rogalin V.E.2, Krymskii M.I.3
1 Moscow Institute of Physics and Technology (State University)
2 Open joint stock company «National Center of Laser Systems and Complexes «Astrophysica», Tver State University
3 Open joint stock company «National Center of Laser Systems and Complexes «Astrophysica», Moscow Institute of Physics and Technology (State University)A mathematical model of thermal and mechanical processes in an output window of a high-power continuous gas laser is developed and applied to a cw СО 2 — laser. A laser-induced damage threshold dependence from beam diameter, thermal stress distribution and optical path distortion are obtained for ZnSe, KCl and polycrystalline diamond windows.
Постановка задачи.
Целью работы являлась разработка математической модели поведения выходного окна, показаннного на рисунке 1. Окно дисковой формы закреплено в водоохлаждаемой медной оправе. Гауссовский пучок СО2-лазера проходит сквозь окно вдоль оси его симметрии.
Рис. 1 – Принципиальная схема выходного окна
Важнейший параметр лазерного излучения – расходимость. Из-за наличия радиального температурного градиента в окне, а также зависимости показателя преломления от температуры, возникает эффект термолинзы, играющий значительную роль в силовой оптике. На основе полученных температурных профилей, а также значений коэффициентов dn/dT, рассчитано увеличение оптического пути для луча, проходящего через определенную точку окна, по сравнению с оптическим путем луча, проходящим через точку на краю диска. Пользуясь данными значениями, получены профили волнового фронта (рисунки 7-9) для излучения мощностью 10 кВт и диаметром пучка 4 мм, прошедшего сквозь окна из ПА (толщина 1 мм), ZnSe и KCl (толщина 5 мм).
Рис. 9 – Искажение волнового фронта при прохождении сквозь окно из KCl
Заключение.
Порог лазерного разрушения не является константой материала, более того, может измеряться в разных единицах в зависимости от параметров материала и излучения.
За счет поверхностного поглощения излучения окна из ZnSe и KCl испытывают максимальные механические нагрузки в области входа-выхода лазерного луча, а алмазные окна имеют практически равномерные распределения температур и напряжений вдоль направления распространения луча.
Рост диаметра алмазного окна приводит к значительному увеличению его лучевой стойкости, а стойкость окна из ZnSe при увеличении диаметра незначительно снижается.
Поверхностное поглощение в ZnSe и KCl вблизи оси распространения пучка приводит к значительному искажению волнового фронта и, как следствие, к возникновению короткофокусной термолинзы.
Полное содержание статьи: http://research-journal.org/physics-mathematics/modelirovanie-termomexanicheskix-processov-v-vyxodnom-okne-vysokomoshhnogo-so2-lazera/
Leave a comment
You must be logged in to post a comment.