光學透鏡溫度量測與雷射頭散熱之數值模擬

  • 吳 如堯

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

近年來高?率雷射快速的發展,帶動了其雷射頭的開發與設計,在高?率的雷射頭設計中,必須考慮熱透鏡效應造成的焦距位移。熱透鏡效應是當透鏡受到?率雷射照射時,透鏡因為熱膨脹與折射率的改變造成焦距縮短的情形。在設計上消除熱透鏡現象有兩種主要的方法,一是對透鏡進行散熱,讓透鏡維持在可以接受的溫度範圍內,二是以即時補償的方式修正製程參數降低焦距位移的影響。 在焦距變化計算上,為了能預測雷射頭內部在操作時的溫度分布,本文以 Ansys Fluent 建立數值模型,並以熱像儀監控單鏡片升溫的情形取得透鏡材料的吸收係數,並帶入雷射頭模型中的熱源設定,在得到數值模擬的結果後,計算透鏡的曲率半徑變化進而預測其焦距的變化。 本文係以熱膨脹改變的曲率半徑建立與焦距位移之間的關係。利用焦距監測儀以實驗的方式尋找單鏡片在達到熱平衡時的焦距位移。在曲率計算的部分,本文利用簡化的熱膨脹模型描述變形後的透鏡輪廓,再利用其計算曲率的變化。在比較焦距位移與曲率變化時,輔以近軸光線矩陣追蹤法推導得到的解析解而建立兩者的關係。 本文以單鏡片的實驗與模擬建立了焦距位移預測的方法。在預測雷射頭操作時的焦距位移時,先以數值模型計得到雷射頭內透鏡上的溫度分布後,計算透鏡熱變形後相對應的曲率變化,再利用單鏡片實驗建立的預測圖預測其受熱所產生的焦距位移。
Date of Award2014 八月 25
語言Chinese
SupervisorTian-Shiang Yang (Supervisor)

引用此文

光學透鏡溫度量測與雷射頭散熱之數值模擬
如堯, 吳. (Author). 2014 八月 25

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