Расчет транспортирующей системы

Задание

Задание к курсовому проекту состоит в разработке принципиальной схемы системы транспортировки формирования излучения, а так же расчет всех её элементов и величин.

Исходные данные:

· Показатель преломления n=2,4

· Длины волны излучения λ=10,6 мкм

· Расходимость лазерного излучения Θ=1,5 мрад.

· Апертура излучения d₀=23 мм

· Общая длина прохождения лазерного луча L=7 м

· Расстояние от резонатора до объектива L₁=0,6 м

· Мощность излучения P=2 кВт

Реферат

Пояснительная записка

МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ, АПЕРТУРА, ЛАЗЕРНЫЙ ЛУЧ, ЛИНЗА, РАДИУС КРИВИЗНЫ, ФОКУС,ПЛОТНОСТЬ МОЩНОСТИ, ПОТЕРИ МОЩНОСТИ, РАСХОДИМОСТЬ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ДЛИНА ВОЛНЫ

В курсовой работе была спроектирована принципиальная схема системы транспортировки и формирования излучения. Были рассчитаны значения всех элементов этой системы, а так же диаметр пятна на обрабатываемой поверхности и плотность мощности.

Содержание

Введение

Введение

Система транспортировки и формирования излучения предназначена для доставки излучения от резонатора до обрабатываемой поверхности, а так же придания некоторых свойств (диаметр пятна на обрабатываемой поверхности, поляризации излучения) лучу. В настоящее время, лазерные технологии широко применяются во многих сферах. Наиболее важным аспектом, является транспортировка излучения в любые труднодоступные места и области, для упрощения каких либо технологических принципов работающих по другим методам.

Расчет транспортирующей системы

1.1 Расчет объектива

1.1.1 Расчет первой линзы.

– из условия минимальной аберрации, где

(условие 1)

Принимая во внимание условие уменьшения аберрации, для линзы r₁>|r₂| выбираем

r₁>5d₀ мм r₁=115 мм

r₂= = = 312.5 мм

Выбираем диаметр линзы в соответствии с её материалом и уменьшением оптической аберрации (условие 1):

d_л= ·d₀=23·1.73=39.84 мм – при условии минимальной оптической аберрации для дешевых материалов (KCl, BaF₂).

Вычислив диаметр линзы и, исходя из формулы оптической силы, найдем f₁ первой линзы. Если первая линза собирающая, то:

дптр

1.1.2 Расчет второй линзы.

Соответственно фокус второй линзы равен:

f₂ = 2∙f₁ , f₂ = 2∙116,3 = 232,59 мм

В соответствии с типом объектива L₂=3∙f₁=3∙116,29=348,9 мм.

Выбираем d_л2 из условия 1: d_л2=2 ∙d₀=3,46∙23=79,67 мм.

Так как материал для второй линзы тот же, что и для первой линзы, значение С остается прежним. Тогда:

или С∙r₄=r₃ (условие 2).

Учитывая условие 2, находим из формулы оптической силы r₄

;

Решаем уравнение:

;

Получаем два корня: X_r1= 648.05 мм; X_r2= -88,98 мм;

Выбираем r₄=X_r2=648.05 мм.

Тогда r₃=C∙r₄=648.05∙0,368=238,48 мм.

1.1.3 Расчет третьей линзы.

Аналогично расчету первой и второй линзы подбираем диаметр третьей линзы. Так как диаметр луча, достигнув поверхности третьей линзы, будет равен

2d₀,то, соответственно, диаметр третьей линзы подбираем следующий:

d_л3=2 ∙d₀=3,46∙23=79,67 мм.

Подбираем r₅ следующим образом: r₅>5d₀, r₅=115 мм. Затем, соблюдая условие r₆=r₅/C= 312,5 мм, находим f₃ формулы оптической силы:

f₃=105,21 мм.

1.2 Расчет диаметра фокусируемого пятна.

,

Где - от сферической аберрации, – величина, учитывающая расходимость излучения.

Формула для вычисления составляющей влияния сферической аберрации на диаметр фокусируемого пятна:

,

Где

Формула для вычисления составляющей влияния расходимости излучения на диаметр фокусируемого пятна:

Тогда, .

1.3. Расчет плотности мощности излучения

1.3.1. Расчет потерь мощности излучения на отражение и на поглощение.

Исходя из следующей формулы, найдем потери мощности излучения на отражение и поглощение:

P=P₀(z+(1-z)y+(1-z)(1-y)z+(1-z)²(1-y)z+(1-z)³(1-y)y+(1-z)³(1-y)²z+(1-z)⁴(1-y)²z+(1-z)⁵(1-y)²y+(1-z)⁵(1-y)³z),

Р₀ – мощность светового луча на выходе из излучателя;

Z –коэффициент отражения на каждой из поверхности линз (2-3%);

Y – коэффициент поглощения линз (2-3%); примем z=3%, а y=2%.

Тогда,

Полная мощность фокусируемая в пятне с учетом всех потерь находится из выражения: Р^!=Р₀-P=2000-432,06=1567,94 Вт

1.3.2. Расчет номинальной плотности мощности излучения q_изл.