بررسی کارکرد لیزر صنعتی YAG:Nd
به نام خدا
آزمایشگاه :
بررسی کارکرد لیزر صنعتی YAG:Nd
هدف آزمایش:
آشنایی عملی با کارکرد لیزر و اجزای آن
شناخت دقیق اجزای اپتیکی موثر در تولید و هدایت پرتو لیزر
تنظیم فاصله آینه‌ها و محیط گین در سیستم لیزری برای بهینه‌سازی عملکرد
مقدمه:
لیزرها به‌عنوان یکی از مهم‌ترین ابزارهای نوری در صنایع مختلف، نقشی کلیدی در تولید پرتوهای نوری دقیق و قدرتمند دارند. یکی از شناخته‌شده‌ترین انواع لیزرهای حالت جامد، لیزر Nd:YAG (نئودیمیوم-یاقوت ایتریوم-آلومینیوم-گارنت) است که با طول موج ۱۰۶۴ نانومتر عمل می‌کند. این نوع لیزر به واسطه بازدهی بالا، توان خروجی زیاد و ثبات مناسب، در حوزه‌های متنوعی همچون پزشکی، صنعت، نظامی و پژوهشی کاربرد دارد.
در این آزمایش، تمرکز اصلی بر راه‌اندازی و تنظیم دقیق این لیزر بوده است، که شامل به‌کارگیری ابزارهایی مانند منبع تغذیه، سیستم خنک‌کننده، آینه‌های کاواک و کریستال Nd:YAG به‌عنوان محیط گین می‌شود.
همچنین، بررسی نقش بازتابنده‌های اپتیکی و سیستم خنک‌کننده در کنترل دمای سیستم و بهینه‌سازی عملکرد لیزر، از دیگر اهداف این آزمایش به‌شمار می‌رود.
ابزارهای آزمایش:
ND:YAG لیزر سیستم
منبع تغذیه با کنترل جریان
کریستال Nd:YAG
سیستم خنک‌کننده آب
آینه‌های کاواک
کریستال آکستو اپتیک
توان‌سنج لیزری
طیف‌سنج نورییفیت
۲تارگت برای بررسی ک پرتو
روش انجام آزمایش :
همه‌چیز از لحظه‌ای شروع شد که ابتدا منبع تغذیه را به دقت بررسی کردیم تا از تأمین جریان مناسب برای شروع به کار لیزر مطمئن شویم. سپس نوبت به آماده‌سازی سیستم خنک‌کننده رسید. با توجه به حساسیت بالای تجهیزات، دستگاه‌های مرتبط با کنترل لیزر، کیو-سوئیچ، و تنظیمات پرتو را نیز راه‌اندازی و به دقت تنظیم کردیم.
در گام بعد، کریستال Nd:YAG را به عنوان محیط گین دقیقاً در داخل کاواک اپتیکی در فاصله مناسب نصب کردیم؛ این قطعه نقش اصلی را در تولید توان لیزر ایفا می‌کند.
برای افزایش بهره‌وری و توان خروجی، محفظه‌ای انعکاسی با طراحی بیضی‌شکل در مسیر پرتو قرار دادیم که دارای سه کانون بود. با قرار گرفتن کریستال در مرکز این محفظه و قرارگیری فلاش‌لامپ‌ها در دو کانون دیگر، نور تقویت شده بارها میان فلاش‌لامپ‌ها و دیواره‌های سرامیکی بازتاب پیدا کرد تا به حداکثر میزان توان برسد.پس از نصب دقیق اجزا، وارد مراحل حساس تنظیمات شدیم:
تنظیم دقیق آینه‌ها و اطمینان از هم‌ترازی آن‌ها
تنظیم شرایط پمپاژ و فعال‌سازی دیودها و فلاش‌لامپ‌ها
روشن کردن سیستم و ایجاد پالس‌های لیزری
پس از اطمینان از عملکرد سیستم خنک‌کننده و بررسی جریان آب در لوله‌های سیلیکونی، سیستم شروع به پایدارسازی دما کرد. آب داغ‌شده توسط دستگاه به بخش خنک‌کننده منتقل و پس از کاهش دما، دوباره به چرخه بازگشت تا از داغ‌شدن بیش از حد اجزای حساس جلوگیری شود.
در پایان، پروفایل پرتو خروجی را به‌کمک تجهیزات دقیق اپتیکی بررسی کردیم. تمرکز اصلی بر روی پروفایل گاوسی پرتو، هم‌ترازی آینه‌های نیمه‌شفاف و عملکرد کل سیستم بود.
چالش‌های آزمایش :
کنترل حرارتی دقیق:
افزایش دمای کریستال Nd:YAG منجر به پدیده لنز حرارتی می‌شود که تأثیر منفی بر کیفیت پرتو و پایداری طول موج دارد.
راهکارها:
استفاده از سیستم خنک‌کننده با دقت بالا (±۰.۱°C)
به‌کارگیری کریستال‌های مرغوب با پوشش‌های مقاوم به حرارت
مانیتورینگ مداوم دما توسط سنسورهای حساس
ایمنی در برابر پرتوهای پرتوان:
لیزرهای مادون‌قرمز با توان بالا، خطرات جدی برای چشم و تجهیزات دارند.:
نصب محفظه‌های ایمن محافظ لیزر
استفاده از عینک‌های مخصوص محافظ
تعبیه سیستم‌های قطع اضطراری خودکار
بهینه‌سازی حالت عملکرد (پالسی یا پیوسته):
هر حالت عملیاتی نیاز به تنظیمات متفاوتی دارد و تنظیمات غلط باعث کاهش بهره‌وری سیستم می‌شود.
نتیجه آزمایش:
پس از طی همه مراحل تنظیم و پمپاژ، لیزر توانست پرتوی پیوسته‌ای با توان دلخواه تولید کند.
با تغییر فاصله بین آینه‌ها (طول کاواک)، مشاهده کردیم که امکان تولید حالت‌های پایدار و ناپایدار وجود دارد.
در بررسی دقیق آینه‌های کاواک، مشخص شد آینه اولیه که پرتو ۸۰۸ نانومتر را دریافت می‌کند، به‌گونه‌ای طراحی شده است که فقط طول موج‌های مطلوب را عبور می‌دهد و سایر طول موج‌ها را بازتاب یا مسدود می‌کند تا به قطعات حساس آسیبی وارد نشود.
تحلیل طیف خروجی نشان داد که پروفایل پرتو خروجی به شکل “Bell-shaped” یا زنگوله‌ای است که معمولاً در توزیع شدت‌های نوری مشاهده می‌شود؛ این منحنی دارای یک قله مرکزی است که بیشترین شدت را دارد و به‌صورت متقارن به دو طرف کاهش می‌یابد.
همچنین مشخص شد که با افزایش توان پمپاژ، شدت خروجی تا یک حد مشخص افزایش می‌یابد، اما فراتر از آن، سیستم به‌دلیل ناپایداری حرارتی دچار افت عملکرد می‌شود.
تحلیل شخصی :
این آزمایش تجربه‌ای ارزشمند در درک اصول فیزیکی و عملیاتی لیزرهای حالت جامد، به‌ویژه Nd:YAG، بود.
در طی انجام این آزمایش، متوجه شدم که فاکتورهایی مانند طول کاواک، کیفیت محیط گین، موقعیت دقیق آینه‌ها و همچنین سیستم خنک‌کننده، همگی نقش کلیدی در بهینه‌سازی توان لیزر و کیفیت پرتو خروجی دارند.
از همه مهم‌تر، یاد گرفتم که کنترل دقیق دما و رعایت اصول ایمنی، پیش‌نیازهای حیاتی در کار با لیزرهای پرتوان هستند.
اولین دیدگاه را ثبت کنید