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레이저 점화기용 수동형 Q-스위칭된 Yb:YAG/Cr:YAG 레이저 출력 특성에 대한 연구

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Author(s)
김지수
Issued Date
2020
Abstract
We successfully constructed a passive Q-switched Yb:YAG laser ignitor pumped using a diode laser with low power and long pulse width. To the best of our knowledge, this is the first study to achieve a quasi-MW output power from an optimized Q-switch Yb:YAG laser ignitor by using a pumping diode laser module emitting at under a power of 23 W. The output pulse energy of our optimized laser is 0.98 mJ enclosed in a 1.06 ns pulse width, corresponding to a peak power of 0.92 MW. To achieve this, we experimentally investigated the dependence of the laser output on cavity length, initial transmittance of Cr:YAG, pump beam size, and output coupler reflectance. On the basis of the experimental analysis, we determined the design parameter values for our laser ignitor. We found that these results approximately agree with the theoretical results. If we can coat the optical component using an ion-beam sputtering method, we can obtain an more increased output pulse energy from our Q-switched laser.
Alternative Title
Study on the output characteristics of a passive Q-switched Yb:YAG/Cr:YAG laser for a laser ignitor
Alternative Author(s)
Kim Ji Soo
Affiliation
광기술공학과
Department
일반대학원 광기술공학과
Advisor
김현수
Awarded Date
2020-02
Table Of Contents
제1장 서 론 1

제2장 이 론 4
제1절 Yb:YAG의 특성 4
1.1. Yb:YAG의 흡수 스펙트럼 4
1.2. Yb:YAG의 형광수명시간 6
1.3. Yb:YAG의 여러 특성 9
제2절 광선전달행렬과 레이저 공진기 10
2.1. 광선전달행렬 (ABCD 행렬) 10
2.2. q 파라미터와 ABCD행렬에 따른 빔의 크기 계산 12
2.3. ABCD행렬에 따른 레이저 공진기 내부의 빔 모드 계산 15
제3절 포화흡수체 Cr:YAG를 사용한 수동형 Q-스위칭된 레이저 특성 18
3.1. Q-스위칭된 레이저 18
3.2. 시간에 따른 Q-스위칭된 레이저 특성 20
3.3. 수동형 Q-스위칭에 사용되는 포화흡수체 Cr:YAG 22
3.4. Q-스위칭된 레이저 출력 특성 평가를 위한 방정식 도출 26


제3장 레이저 점화기용 Q-스위칭된 레이저 설계 및 출력 특성 분석 32
제1절 레이저 점화기용 Q-스위칭된 레이저 구조 32
제2절 Q-스위칭된 레이저 시뮬레이션 34
2.1. Q-스위칭된 레이저의 수치적 시뮬레이션 34
2.2. Cr:YAG 초기 투과율과 출력 거울 반사율에 따른 출력 특성 시뮬레이션 37
2.3. 공진기 길이과 유효빔 단면적에 따른 출력 특성 시뮬레이션 40
2.4. 공진기 왕복손실에 따른 Q-스위칭된 레이저의 출력 특성 42
제3절 Q-스위칭된 레이저 실험 44
3.1. 펌프 laser LD의 출력 특성 44
가. LD의 출력조사 44
나. ABCD행렬을 통한 레이저 매질에 집속되는 펌프빔 크기 조사 45
3.2. 여러 변수에 따른 Q-스위칭된 레이저 실험 47
가. Cr:YAG의 초기 투과율과 공진기 길이에 따른 출력 특성 조사 47
나. 공진기 길이 60 mm에서 펌프빔 크기와 반사율에 따른 출력 특성 조사 50
다. 공진기 길이 50 mm에서 펌프빔 크기와 반사율에 따른 출력 특성 조사 53
3.3. Q-스위칭된 Yb:YAG 레이저 점화기의 최적화된 출력 특성 55
가. Cr:YAG 초기투과율 80%, 펌프빔 직경 0.348 mm, 반사율 25% 일 때 공진기 길이에 따른 출력 특성 56
나. Q-스위칭된 레이저 펄스의 측정과 Air breakdown 관찰실험, 빔질 측정 57
다. 펌핑되는 시점으로부터 Q-스위칭 펄스가 발진되는 지연시간 측정 58
3.4. 최종 출력 값과 시뮬레이션 값 비교 59
가. 최종 출력 값과 시뮬레이션 비교를 위한 공진기 왕복손실 조사 59
나. 최종 출력 값과 시뮬레이션 비교를 위한 유효빔 단면적 조사 61
다. 최종 출력 값과 수치적 시뮬레이션 값 비교 62

제4장 결 론 63

[참고문헌] 64
Degree
Master
Publisher
조선대학교
Citation
김지수. (2020). 레이저 점화기용 수동형 Q-스위칭된 Yb:YAG/Cr:YAG 레이저 출력 특성에 대한 연구.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/14127
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000279101
Appears in Collections:
General Graduate School > 3. Theses(Master)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2020-02-26
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