بخشی از مقاله
چکیده -
برای ساخت یک ترکیب کننده لیزری تمام فیبری، کلافی از تارهای نوری به طور یکنواخت کشیده می شود تا به شکل مخروطی تبدیل شود. ابتکاری که در این مقاله صورت گرفته حذف موتورهای کشنده تار و جایگزینی آنها با فنر برای کسب حداکثر یکنواختی است.
-1 مقدمه
در این مقاله به روشی برای تهیه یک ترکیب کننده تمام فیبری به روش مخروطی کردن کلافی از تارها با استفاده از فنر پرداخته شده است. ترکیب کننده های تمام فیبری در حوزه ی گسترده ای از لیزرهای تار نوری کاربرد دارند. میتوان با استفاده از یک ترکیب کننده خروجی چنین لیزر دیود را با همدیگر ترکیب کرده و از آن برای دمش نوسانگر لیزر فیبری بهره برد. به علاوه به کمک این ابزار میتوان خروجی چندین لیزر فیبری را با همدیگر ترکیب کرده و لیزر پرتوانی را از چندین لیزر معمولی به دست آورد.
ترکیب کنندههای غیر فیبری از عدسیهای نوری حجیم برای موازی کردن پرتوهای ورودی به تارهای نوری و از آینهها برای هدایت چندین پرتو به درون مغزی یک تار معمولی تشکیل شده اند. همانطور که انتظار میرود مسائل و مشکلات متعددی در حین استفاده از سطوح شیشه ای لایهنشانی شده و به خصوص جابجایی عناصر مکانیکی در توانهای بالا بروز می کند. در یک طرح تمام فیبری تمامی این مسائل بر طرف میگردد، چرا که این طرحاولاً بسته است و هیچ عنصر جابجاپذیری ندارد که منجر به خروج سامانه از وضعیت تنظیم شود؛ به علاوه این ابزار نیاز به هیچگونه هم خطی سازییا تنظیم خاصّی نیز ندارد. این مزیتهای فوق العاده که منجر به سهولت زیادی در کاربرد این ابزارهای نوری شده باعث شده که توجهها از ترکیب کنندههای مکانیکی به طرحهای تمام فیبری منجر شود.
اگرچه میتوان به سادگی دو تار را با هم کلاف پیچ و با همدیگر جفت کرد تا یک تار مرکزی چند مدی بزرگ به دست آید، امّا چگالی پکیدگی هستههای تارها در این طرح بسیار کم است. برای مثال در یک تار تک مد معمولی، مغزی تار کمتر از %1 سطح مقطع تار را پوشش میدهد. کلاف کردن چنین تارهایی وقتی که به یک تار خروجی معمولی جفت شود منجر به کاهش بارزی در درخشندگی منبع نور می شود. در حالی که مخروطی کردن کلاف تار، فاصله بین مغزیها را کاهش داده و چگالی پکیدگی را افزایش میبخشد
در طرحهای موجود برای طراحی ترکیب کنندههای فیبری لیزر از موتورهای دقیق مکانیکی برای کشیدن کلاف پرتوها استفاده می گردد که ضربه حرکت موتور در هنگام شروع به حرکت یا خاتمه آن اگر باعث پاره شدگی تار نشود بی شک تنشهایی را در ابزار القا می کند که وضوح و درخشندگی پرتو را کاهش خواهد داد. در این مقاله سعی شده که با محاسبه دقیق شرایط، این موتورها با فنرهای کشسان جایگزین شوند، که عملاً استفاده از آنها هرگونه تنشی را چه در آغاز و پایان مخروطی کردن و چه در حین فرآیند حذف خواهد نمود.
به علاوه کنترل شرایط و حفظ یکنواختی در کشش از دو طرف نیز بسیار سادهتر است، چرا که در طرحهای استفاده کننده از موتور، به وسیله چرخدندههای ظریف یا دیگر سازوکارهای مناسب حرکت یکسانی از دو طرف فراهم می گردد که افزایش تعداد قطعات جابجا شونده مکانیکی طبعاً به افزایش خطای آزمایش منجر خواهد شد، در حالی که در طرح استفاده کننده از فنر، عناصر مکانیکی مورد استفاده به حداقل تعداد خود رسیدهاند.
در مخروطی کردن تارهای دوغلافی محدودیتهایی نیز وجود دارد، من جمله آنکه نمیتوان هر تعداد تاری را تا هر قطر دلخواهی مخروطی کرد، مخصوصاً چنانچه قرار باشد ترکیب کننده نهایی به تاری با جنس متفاوت از تارهای مورد استفاده در آن جفت شود که در اغلب موارد نیز همینطور است، یعنی ترکیب کنندههای نوری متشکل از تارهای معمولی، به تارهای دوغلافی مورد استفاده در نوسانگر یا تقویت کننده های لیزر فیبری جوش داده میشوند.
از این محدودیتها تحت عنوان قانون درخشندگی نام برده میشود :
که در آن b قطر نهایی مخروط در سر باریکتر آن و NAb دهانه عددی آن است که با دهانه عددی تارهای اولیه مورد استفاده برابر است. به همین ترتیب DCF قطر غلافی از تار دوغلافی است که قرار است دمش در آن صورت پذیرد و دهانه عددی این غلاف است.
چنانچه قرار باشد ترکیب کننده به تاری تک غلافی جوش داده شود واضح است که این مقادیر مربوط به غلاف تار یا همان قطر تار بدون روکش خواهد بود.
-2 اصول طراحی
از آنجا که در جوش دادن کلاف تارهای نوری برای تولید یک ترکیب کننده تمام فیبری همخطی و تقارن تارها از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است نگهدارندهای به صورت شکل 1 که در واقع نمونه اصلاح و بهینه سازی شدهای از طرح موجود در مقاله [2] است، پیشنهاد میگردد. البته ابزار موجود در مقاله مذکور آزادی چرخش داشته و صرفاً جهت چرخاندن کلاف از آن استفاده میگردد، درحالی که نمونه معرفی شده در اینجا بخشی از یک اطاقک را تشکیل می دهد و تنها قابلیت حرکت رفت و برگشتی داشته و برای مخروطی کردن از آن استفاده میگردد و کارایی متفاوتی برای آن تعریف شده است.
شکل .1 طرحواره یکی از نگه دارندههای تارهای نوری.
ابتدا طول 10/00 cm از وسط هفت رشته تار نوری معمولی 200/220 P 0/22 به طول 50 cm را از درون روکش آنها لخت کنید. سپس این تارها از میان سوراخهای تعبیه شده - 8-14 - در هر دو نگهدارنده عبور دهید به طوری که قسمتهای لخت شده در وسط این دو بخش قرار گیرد. خارهای در نظر گرفته شده در پایین نگهدارنده ها 6 - و - 7 درون شیارهای متناظر در روی ریل کف دستگاه جا میافتند
این ریل که بخشی از یک اطاقک باز میباشد از دو طرف فاقد جداره است و پس از بستن کامل مجموعه، درپوش نهایی آن که خود نیز ریلی دیگر است - شکل - 3، روی سقف آن قرار میگیرد. از آنجا که نگهدارندهها باید به روانی توانایی حرکت داشته باشند، لازم است تراشکاری اطاقک با دقت فوق العادهای انجام شده و پس از پالیش و سمباده زنی تمام سطوح، از هر طرف فاصلهای کمتر از حدود 200 میکرون داشته باشند.
شکل .2 طرحواره بخش ثابت و نگهدارندههای دستگاه پیشنهادی برای مخروطی کردن کلاف تار نوری.
از پایین نگهدارندهها دو میله استوانهای شدیداً سمباده خورده که از میان دو سوراخ تدارک شده بدین منظور 2 - و - 3 عبور میکند که میلهها از دو طرف به جداره ثابت دستگاه پیچ میشوند به طوری که نگهدارنده ها فقط توانایی حرکت رفت و برگشتی داشته و سامانه به صورت یک ابزار یکپارچه در میآید
بهتر است قبل از وارد کردن تارها به دستگاه حدود 10 میکرون از غلاف آنها را با اسید شویی به وسیله اسید فلوریدریک بردارید. پس از عبور دادن تارها از میان نگهدارنده ها، تا حد ممکن قسمتهای فاقد روکش را کنار هم و خط کرده سپس از دو طرف - قسمتهای دارای روکش - آنها را با چسب محکم کنید. انتهای تارهای خارج شده از نگهدارندهها باید از بیرون کشیده شوند تا تارها در کنار و مماس با همدیگر قرار گرفته و از بیرون نیز این تارها ثابت گردند.
شکل .3 طرحواره درپوش دستگاه، دید از مقابل.
