بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***


طراحی لیزر Nd:YAG وشبیه سازي پرتو گستر16 

چکیده
کاهش واگرایی پرتوهاي لیزري در شاخه هاي علوم و فنون نظامی کاربرد ویژه اي دارد. این کار بوسیله ي دستگاه اپتیکی پرتوگستر انجام می شود که زاویه ي واگرایی پرتو خروجی از لیزر را به نسبت بزرگنمایی پرتو گستر کاهش می دهد. در این مقاله ، به همراه بهینه سازي و تلورانس گذاري مجموعه تا استخراج داده هاي نهایی جهت ساخت طراحی و شبیه سازي پرتوگستر 16 × دستگاه آمده است.

-1 مقدمه

لیزرهاي مختلف بسته به نوع مشدد بکار رفته در آن و هندسه ي مربوطه واگرایی هاي متفاوتی دارند. جهت تنظیم واگرایی لیزر از دستگاه هاي اپتیکی بی کانون، موسوم به پرتو گستر استفاده می شود. پرتو گستر ها در دو نوع کپلري و گالیله اي تقسیم بندي می شوند که متناسب با نوع کاربري و فاصله ي کانونی عدسی هاي بکار رفته در آن قطر لکه و واگرایی را تغییر می دهد. نوع کپلري با روزنه اي در کانون به منظور استفاده از صافی فضایی و نوع گالیله اي آن به جهت ویژگی هاي طراحی مطلوبتر با ابعاد و وزن کمتر در مصارف نظامی کاربرد هاي ویژه اي دارند.[1]

امروزه رایانه ها در طراحی سیستم هاي اپتیکی زمان ردیابی پرتو را به کسري از ثانیه کاهش می دهند . این کار بوسیله ي نرم افزارهاي طراحی اپتیک نظیر اسلو (OSLO) انجام می شود. در این نرم افزارها می توان از پرتوهاي هندسی یا پرتوهاي گاوسی استفاده کرد. در پرتوهاي گاوسی تحلیل بر مبناي قطر لکه ، واگرایی و برد ریلی پرتو انجام می شود. آنچه در طراحی دستگاه هاي اپتیکی با نرم افزار اهمیت دارد محوریت برنامه با انتخاب نقطه شروع مناسب است. پس از این بخش ، طراحی پرتو گستر را با ذکر اصول اپتیکی طراحی و با انتخاب عوامل موثر در تعیین نقطه شروع مناسب می آوریم . پس از آن در بخش سوم با اعمال عملگرهاي مناسب در هر مرحله روند بهینه سازي دستگاه را بیان می کنیم و به تحلیل و مقایسه نتایج هر مرحله از روي نمودارهاي ارزیابی تصویر می پردازیم. سپس با تلورانس گذاري مجموعه و با توجه به نکات عملی مورد نیاز و استخراج داده هاي نهایی سیستم جهت ساخت آماده می شود . در بخش پایانی نتایج طراحی، شبیه سازي و آماده سازي جهت ساخت پرتو گستر لیزر Nd:YAG آمده است.

-2 طراحی اپتیکی پرتوگستر

نسبت به واگرایی ورودي θ1 کاهش دهیم. براي این کار بوسیله ي دو عدسی ورودي و خروجی به ترتیب با فاصله هاي کانونی fin و fout قطر پرتو خروجی D2 به میزان 16 برابر نسبت به قطر پرتو ورودي D1 افزایش می یابد. فواصل کانونی fin و fout به گونه اي در نظر گرفته میشوند که اگر طول پرتوگستر l باشد، فاصله ي کانونی پشتی عدسی ورودي منطبق بر فاصله ي کانونی عدسی خروجی باشد و در روابط زیر صدق کند :

اگر طول پرتوگستر 107 mm باشد می توان سیستم را متشکل از یک عدسی دوکاو ورودي با فاصله ي کانونی ( fin  −7mm ) و یک عدسی خروجی با فاصله ي کانونی ( ( fout 100mm در نظرگرفت. اما بنا به ملاحظات عملی در ساخت عدسی هاي با انحناي زیاد ، عدسی ورودي را به دو عدسی و عدسی خروجی را به سه عدسی تقسیم می کنیم. داده هاي طراحی اولیه با شعاع انحناءهاي موجود به همراه شکل سیستم در جدول (1) آمده است.

با توجه به داده هاي جدول مشاهده می کنید فاصله ي کانونی موثر نسبت به آنچه که دستگاه بی کانون خوانده می شود مقدار کمی بدست آمده که چندان مطلوب نیست. نمودارهاي ارزیابی تصویر و تابع انتقال مدولاسیون در شکل هاي (1) و (2) آمده است.


دستگاه پرتو گستر در زمره ي دستگاه هاي اپتیکی بسیار دقیق است و می بایست حتی الامکان محدود شده ي پراش باشد. شکل (3) اندازه ي قطر لکه را نشان می دهد که با حد پراش سیستم فاصله دارد. با تحلیل هاي بعمل آمده چنین بر می آید که سیستم جهت بهبود عملکرد نیاز به بهینه سازي دارد.

شکل (1) منحنی ارتفاع هاي برخورد یک دسته پرتو با صفحه ي تصویر بر حسب شیب پایانی پرتوها را نشان می دهد. براي یک دستگاه اپتیکی فاقد هرگونه ابیراهی، منحنی ارتفاع برخورد بر حسب شیب پایانی پرتو روي محور افقی است]٢.[ به عبارت دیگر شیب ظاهر شده در نمودارهاي فوق بیانگر پخش شدگی تصویر و وجود ابیراهی است که با بررسی آنها می توان به وجود ابیراهی هاي کروي، کما و آستیگماتیسم در سیستم پی برد.
شکل (2) نمودار تابع انتقال مدولاسیون است که نشان می دهد تصویر از کیفیت چندانی برخوردار نیست.

1-2 بهینه سازي

از آنجایی که هدف ازطراحی ، حفظ واگرایی خروجی تا فواصل دور می باشد می بایست دستگاه را با استفاده از عملگرهاي بهینه سازي مناسب، بی کانون کنیم. براي این منظور عملگر توان (PWR(1,9)) را با حفظ بزرگنمایی 16 برابر به سمت صفر میل می دهیم .

همچنین براي بالا بردن کیفیت تصویر باید مقدار ابیراهی هاي موجود در سیستم را با ثابت نگه داشتن بزرگنمایی و طول سیستم، به حداقل برسانیم. براي این کار ابیراهی کروي، کما و آستیگماتیسم را به ترتیب با عملگرهاي SA3 ، CMA3 و AST3 به همراه عملگر کنترل طول LN(1,9)=107 و نیز بزرگنمایی زاویه اي AMAG(1,9)-16 در نرم افزار وارد می کنیم]٣و٤.[

پس از انتخاب فواصل میان عدسی ها و شعاع انحناي سطوح به عنوان پارامتر متغیر، بهینه سازي می کنیم.
جدول (2) چگونگی تغییرات داده هاي طراحی را پس از بهینه سازي نشان می دهد.

همچنین نمودارهاي آستیگماتیسم و ارزیابی تصویر را به منظور تحلیل کیفیت سیستم طراحی شده و نیز برآورد میزان ابیراهی هاي موجود بعد از بهینه سازي در شکل هاي((4 و (5) مشاهده می کنید.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید