양영역 불안정형(Positive Branch Unstable) Nd:YAG 레이저 공진기를 모델링하여 공진기내의 TE$M_{00}$ 기본모우드의 waist에 대한 수치해석을 하였으며 이를 토대로 레이저 공진기를 설계 제작하였다. 레이저봉의 열렌즈 초점거리를 측정하였으며 이를 이용하여 빔 waist에서의 TE$M_{00}$ 모우드의 spot size에 대한 계산치와 실험치를 비교하였다. 그리고 고반복률로 발진하는 다중모우드(multimode)의 spot size를 측정하여 beam quality factor $M^2$을 산출하였다. 한편 불안정 공진기에서 얻어진 출력실험 결과를 Plane-Parallel 공진기의 경우에 비교하여 그 특성을 평가하였다.
융착 접속 기술을 이용하여 다중모우드 광섬유와 단일 모우드 광섬유내에 유전체 박막 거울을 제작하였다. $45{\circ}$ 유전체 거울이 내장된 광섬유는 극소형이며, 광학적인 손실이 매우 작고(1.3 ${\mu}m$에서, 다중 모우드 광섬유의 경우 0.2dB, 단일 모우드 광섬유의 경우 0.5dB), 기계적 강도가 우수한 결합기로 사용될 수 있다. 반사율은 파장에 따라 변화하며, 편광에 매우 민감하였다. 백색광을 사용하여 유전체 거울로부터 반사되는 출력 파워를 원거리 스캔하며 측정하였을 때 출력 빔의 모양은 거의 원형 대칭으로써 최대 파워의 5%에서 측정된 종횡비는 1.09이었다. 다이오우드 레이저 광원을 사용하여 측정한 다중모우드 광섬유 결합기의 광분파율은 종래의 FBT(Fused Biconical Taper) 결합기보다 입력 광신호의 결합 조건에 따른 변화가 훨씬 적어서 사용하는 광통신 시스템의 모우드 잡음에 덜 민감하다. 광섬유 축에 수직하게 증착된 다층 유전체 거울들의 반사율 스펙트럼 특성을 측정하였으며, 행렬 해석법을 사용하여 실험 결과를 분석, 고찰하였다.
Laser beam welding parameters have experimentally investigated, using a continuous wave 3kW $CO_2$ laser with the various travel speeds, beam mode and laser beam power in low carbon steels. An optimum position of focus and the effect of shielding gas on penetration depth with varying the flow range of 0.5 to 5.1m/min have been combined to investigate the effect of laser power and travel speed on penetration depth and bead width. It is found that the optimum position of focus in 3kW class laser is 0.5 to 1.5mm below the surface of the material. The flow rate of shielding gas affects the penetration depth and He is more effective than Ar. The penetration depth in laser welds of low carbon steels is between two and four times of the bead width. Laser beam welding of butt joints in 2mm thick carbon steel has been carried out to establish a weldability lobe. The lobe indicating acceptable welding conditions is introduced.
6mm 두께의 AISI 316 스테인레스강의 레이저 용접 특성에 대해서 고찰하였다. 3kW C $O_{2}$레이저를 사용하였으며, 레이저 빔은 TE $M_{00}$모우드였고 연속파이었다. 용입 깊이, 비드 폭, 고온 크랙, 가공등의 특성을 고찰하는데 있어서, 레이저 출력은 1kW에서 2.5kW까지, 용접 속도는 5.1m/min까지 적용하였다. 3차원 열전달 방정식에 의한 용입 깊이와 비드 폭에 대한 예측치와 실험 결과를 비교하였는데, 서로 잘 일치하였다.다.
광 디스크 장치에서 고배속 모우드로 언밸런스 디스크가 동작될 경우, 진동으로 인한 포커스 및 트래킹 서보가 불안정해져 데이터 검색 시간 지연 및 불안정 동작을 야기한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법을 제안한다. 일반적으로 광 디스크 장치에서 사용되고 있는 3 빔 방식의 광 픽업(Piek-up)의 경우, 면진동이나 편심이 있는 디스크 동작시 메인 빔에 따른 포토 다이오드 상의 광 스폿의 위치도 변화된다. 이러한 특성을 이용하여 언밸런스 디스크 동작시 광픽업의 포토 다이오드 A와 C에 수신되는 광량은 디스크의 언밸런스량에 따라 결정되어진다. 따라서 포토다이오드에 수신되는 A와 C의 광량의 변화를 차동 증폭함으로써 디스크의 언밸런스량 검출이 가능하다. 본 연구에서는 고배속 모우드에서 포커스 및 트래킹 서보의 최소 특성을 분석하고, 디스크의 언밸런스량을 전기적인 신호로 검출하는 방법과 검출된 언밸런스량에 따라 광 픽업의 스핀들 모터(Swindle Motor)의 회전수를 조절함으로써 안정적이고 정확한 데이터 검색이 가능한 하드웨어 및 펌웨어 구조를 제안하였다.
본 연구에서는 직물 탄소/에폭시와 유리/에폭시의 DCB(double cantilever beam)시편을 제작하여 ASTM 5528-01에 준하여 모우드 I 층간파괴인성을 측정하고, 이와 동일한 조건의 유한요소해석을 수행하여 층간파괴거동을 해석적으로 평가하였다. 시험에 의하여 측정된 층간파괴인성은 탄소/에폭시는 평균 $845.7J/m^2$, 유리/에폭시는 $1,042J/m^2$였다. 유한요소 모델은 접착요소를 이용하여 층간파괴를 구현하였고, 측정된 층간파괴인성을 부여하였다. 해석 결과의 검증을 위하여 시험을 통하여 측정된 시편 끝단의 반력과 Timoshenko 빔 이론을 통하여 계산된 결과를 비교하였다. 측정된 결과와 해석결과는 유사하였다.
연속발진 색소레이저를 시드레이저로 하고, Nd:YAG 레이저로 펌핑하는 인젝션 록킹된 단일 모우드 펄스 색소레이저를 제작하였다. 위상민감 검출법으로 얻은 오차신호로 시드빔과 공진 상태를 유지하도록 공진기 길이를 조절하였을 때 99% 이상의 펄스가 시드레이저의 주파수에 록킹 되었다. 이때 레이저 출력빔의 중심 주파수 요동이 10MHz 이내로 안정되었다. 펄스폭(FWHM)은 6ns이고 선폭은 130 MHz이었다. 50mJ로 펌핑하였을 때 2mJ의 출력을 얻었으며 이때의 첨두출력은 0.33 MW이다.
$Ar^{+}$레이저로 펌핑되는 Nd:glass레이저를 제작하여 그 특성을 조사하였다. 레이저 공진기는 오목거울 두 개와 98% 고반사 평면경, 그리고 Brewster 각도로 놓인 Nd:glass 의 이득 매질로 구성되었으며, 효율적인 펌핑을 위해서 $Ar^{+}$레이저 광선을 공진기 길이 방향으로 입사하여 공진모우드의 beam waist에서 초점이 맺히도록 하였다. Nd:glass의 열존도도가 작아서 흡수된 펌핑빔에 의해 생성된 잔열로 인한 매질의 손상이 우려되기 때문에 mechanical chopper 로 펌핑빔을 100Hz로 끊어서 입사하여 잔열의 생성을 줄였다. 1.5W로 펌핑될 때 Nd:glass 레이저의 출력은 70mW이었고 발진이 되는 문턱에서의 펌핑파워는 520mW이었으며 slope efficiency는 7.4%이었다.
A theoretical heat-flow model incorporating with a constant moving CO$_{2}$ laser beam has been analyzed to predict depth and the shape of bead section during last beam welding. The laser beam is exponentially attenuated with an abosrption coefficient in the material. The solution can be expressed in terms of normalized variables. The experimental data were generated by usint CW 2 CO$_{2}$ laser with multi beam mode and CW 3 kW CO$_{2}$laser with Gaussian mode. The specimens were made as bead-on-plate welds for SM 10C, STS 304, STS 316, STS 420 and pure Nickel. The maximum possible penetration depth and the shape of beas section for given sources of laser power, travel speed and beam spot size can be prdicted with this model in a given material.
The results are summarized as what follows: 1) The modeling of thin beams, which is a continuous system, into a two DOF system yields satisfactory results for the chaotic vibrations. 2) The concept of "natural forcing function" derived from the eigenfunction of the bifurcation mode is very useful for the natural responses of the system. 3) Among the perturbation techniques, HBM is a good estimate for the response when the geometry of motion is known. 4) It is known that there exist periodic solutions of coupled mode response for somewhat large damping and forcing amplitude, as well as weak damping and forcing. 5) The route-to-chaos related with lateral instability in thin beams is composed of period-doubling and quasiperiodic process and finally follows discontinuous period-doubling process. 6) The chaotic vibrations are verified by using Poincare maps, FFT's, time responses, trajectories in the configuration space, and the very powerful technique Lyapunov characteristics exponents.exponents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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