|
|
|
|
تحلیل ترمومکانیکی لیزرهای فیبری YB:YAG تک‌هسته‌یی و چهارهسته‌یی تحت دمش طولی
|
|
|
|
|
|
|
|
نویسنده
|
امیری احسان ,مجاهدی مهدی
|
|
منبع
|
مهندسي مكانيك شريف - 1399 - دوره : 36-3 - شماره : 1 - صفحه:35 -44
|
|
|
|
|
چکیده
|
هدف این نوشتار بررسی رفتار ترمومکانیکی یک فیبر لیزر تک‌غلافه‌ی ایتربیم:یاگ (yb:yag) تحت دمش طولی پیوسته است. بدین منظور فیبر به دو صورت تک‌هسته‌یی و چهارهسته‌یی مدل‌سازی شده و در محیط نرم‌افزاری المان محدود شبیه‌سازی می‌شود. برای تعیین توزیع دما و تنش در بلور، به دلیل تقارن در بار حرارتی و هندسه، مدل یک‌چهارم به کار رفته است. از آنالیز میدان‌های کوپله‌ی حرارت سازه در محیط نرم‌افزاری بهره گرفته شده و ابتدا توزیع دما در بلور محاسبه و سپس میدان تنش در دو فیبر تک‌هسته‌یی و چهارهسته‌یی تعیین می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که در یک توان مشخص، فیبر چهارهسته‌یی نسبت به فیبر تک‌هسته‌یی بیشینه تنش کوچک‌تری دارد و توان دمشی شکست آن به مراتب بزرگ‌تر از فیبر تک‌هسته‌یی است. در نهایت، آثار حرارتی دمش شامل عدسی شدگی در دو بلور چهارهسته‌یی و تک‌هسته‌یی با هم مقایسه شده و نشان داده می‌شود که از نظر ترمومکانیکی فیبر چهارهسته‌یی عملکرد مناسب‌تری دارد.
|
|
کلیدواژه
|
فیبر لیزر، بلور ایتربیم:یاگ، چهارهسته، دمش طولی، آنالیز حرارت سازه
|
|
آدرس
|
دانشگاه گلپایگان, دانشکده ی مهندسی مکانیک, ایران, دانشگاه گلپایگان, دانشکده ی مهندسی مکانیک, ایران
|
|
پست الکترونیکی
|
mojahedi@gut.ac.ir
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
THERMOMECHANICAL ANALYSIS OF SINGLE AND FOURCORE YB:YAG FIBER LASERS UNDER ENDPUMPING
|
|
|
|
|
Authors
|
Amiri E. ,Mojahedi M.
|
|
Abstract
|
The solid state lasers consist of 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. 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 thermal stresses and even lead to fracture in the crystals. In the fiber lasers, these phenomena disturb the laser operation and decrease the maximum input power of the laser. In this paper, the thermomechanical behavior of single clad Yb:YAG fiber laser is discussed under continuous end pumping. The single clad fibers have been modeled with single and four cores and they are simulated by finite element software (Ansys). Since the thermal loading and geometry of the fiber have symmetry planes, in the modeling, one quarter model is used to determine the temperature and stress distributions. In the Ansys software, the coupled thermalstructural 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 fourcore fiber lasers are obtained by applying the temperature distributions calculated through the thermal analysis. In the analysis, the mesh dependency is evaluated and for achieving convergence, the required number of element is determined. The temperature distributions in single and four core fibers, with two positions for cores, are calculated. 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 singlecore 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.
|
|
Keywords
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|