The keyhole formed by high energy density laser-material interaction periodically collapses due to surface tension of the molten metal in partial penetration welds. The collapse sometimes traps a void at the bottom of the keyhole, and it remains as welding defects. This phenomenon is seen as one cause of the instability of the keyhole during laser beam welding. Thus, it seems likely that improving the stability of the keyhole can reduce voids and uniform the penetration depth. The goal of this work is to develop techniques for controlling laser weld keyhole dynamics to reduce weld defects such as voids and inconsistent penetration. Statistical analysis of the penetration depth signals in glycerin determined that keyhole dynamics are chaotic. The chaotic nature of keyhole fluctuations and the ability of laser power modulation to control them have been demonstrated by high-speed video images of laser welds in glycerin. Additionally, an incident leading beam angle is applied to enhance the stability of the keyhole. The quasi-sinusoidal laser beam power of 400Hz frequency and 15$^{\circ}$ incident leading beam angle were determined to be the optimum parameters for the reduction of voids. Finally, chaos analyses of uncontrolled signals and controlled signals were done to show the effectiveness of modulation on the keyhole dynamics. Three-dimensional phase plots for uncontrolled system and controlled system are produced to demonstrate that the chaotic keyhole dynamics is converted to regular periodic behavior by control methods: power modulation and incident leading beam angle.
The laser ultrasonic technique is gaining popularity for nondestructive evaluation (NDE) applications because it is a noncontact and couplant-free method and can inspect a target from a remote distance. For the conventional laser ultrasonic techniques, a pulsed laser is often used to generate broadband ultrasonic waves in a target structure. However, for crack detection using nonlinear ultrasonic modulation, it is necessary to generate narrowband ultrasonic waves. In this study, a pulsed laser is shaped into dual-line arrays using a spatial mask and used to simultaneously excite narrowband ultrasonic waves in the target structure at two distinct frequencies. Nonlinear ultrasonic modulation will occur between the two input frequencies when they encounter a fatigue crack existing in the target structure. Then, a nonlinear damage index (DI) is defined as a function of the magnitude of the modulation components and computed over the target structure by taking advantage of laser scanning. Finally, the fatigue crack is detected and localized by visualizing the nonlinear DI over the target structure. Numerical simulations and experimental tests are performed to examine the possibility of generating narrowband ultrasonic waves using the spatial mask. The performance of the proposed fatigue crack localization technique is validated by conducting an experiment with aluminum plates containing real fatigue cracks.
A high-speed signal processor for Fabry-Perot interferometric sensors using modified ramp modulation is implemented. The main idea for the signal processing is to find a modulation waveform that could induce a linear frequency change in a laser diode to linearize the relationship between the optical phase shift and measurand. It is found that the waveform could be modeled as the addition of a linear term and an exponential term. A signal processor adopting modified ramp modulation technique is implemented and evaluated to find linearity, drift and random walk of $<{\pm}1.5%$, $0.4^{\circ}C$, $5.28{\times}10^{-4}^{\circ}C/{\sqrt{Hz}}$.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.922-925
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2005
This article describes a FM modulation algorithm to increase the measurement speed by increasing the beat frequency of the laser without acousto-optic modulator(AOM) in the heterodyne laser interferometer. The proposed algorithm can increase the beat frequency of the heterodyne laser which limit the measurement speed by adjusting a carrier frequency through electronic circuit, while AOM is used to shift the frequency of the heterodyne laser in conventional method. Electronic circuit is constructed to modulate the signals from a laser interferometer and a waveform generator. The brier analysis, the measurement scheme of the system, and the experimental results using a Zeeman-stabilized He-Ne laser are presented. They demonstrate that the proposed algorithm is proven to enhance the measurement speed limit by increasing the beat frequency of the heterodyne laser.
Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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1989.02a
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pp.214-217
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1989
The most attractive feature of semiconductor lasers as sources for coherent optical communication system is the ability to produce frequency modulation by modulation of the bias current. The frequency deviation of semiconductor lasers under direct modulation depends on the laser structure and modulation frequency. This paper describes a circuit modeling techniques for the directly frequency modulated CSP (Channeled Substrated Planner) semiconductor laser. Predictions from this model are compared with the other published results of sinusoidal frequency modulation below than 1 GHz.
A development of in-process and reliable monitoring system in laser materials processing is essential for successful applications toward the real industrial fields. It was known that optical signals induced by laser-matter interactions provide a good indication not only to monitor various defects but also to characterize and identify the process However there are still difficulties to implement the optical monitoring system in real fields since the system is susceptible to the spurious change of the signal affected by the variation of experimental conditions and environmental noises. In this article. a new type of optical monitoring technique named 'chromatic modulation technique' is described as a reliable, robust and sensitive monitor for the applications in laser materials processing in order to tackle the conventional problems in optical system.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.35D
no.8
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pp.53-61
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1998
Dynamic characteristics of widely tunable SGDBR/SSGDBR laser diodes integrated with an electroabsorption modulator is inestigated using an improved large-signal timef-domain model. First, wide tunning properties of a SGDBR laser diode and a SSGDBR laser diode are analyzed respectively and compared with each other. And, intensity-modulation characteristics of a SGDBR laser diode incorprating an electroabsorption modulator are investigated. It is shown that an external modulation has the lower frequency chirp by 1/20 for almost same extinction ratios than a direct modulation, and a nearly transform-limited pulse train can be generated using the optical gating of an electroabsorption modulator.
Diode laser absorption sensors are advantageous because they may provide fast, sensitive, absolute, and selective measurements of species concentration. These systems are very attractive for practical applications owing to its compactness, reasonable cost, robustness, and ease of use. In addition, diode lasers we fiber-optic compatible and thus enable simultaneous measurements of multiple species along a line-of-sight. Recent advances of room-temperature, near-IR and visible diode laser sources for telecommunication, optical data storage applications make it possible to be applied for combustion diagnostics based on diode laser absorption spectroscopy. Therefore, combined with fiber-optics and high sensitive detection strategies, compact and portable sensor systems are now appearing for variety of applications. The objectives of this research are to develop new gas sensing system and to verify feasibility of this system. Wavelength modulation spectroscopy has been demonstrated in these experiments and has a bright prospect to this diode laser system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.3
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pp.93-100
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2008
Laser interferometry is widely used as a measuring system in many fields because of its high resolution and ability to measure a broad area in real-time all at once. In conventional LASER interferometry, for example Out-of-plane ESPI(Electronic Speckle Pattern Interferometry), In plane ESPI, Shearography and Holography, it uses PZT or other components as a phase shift instrumentation to extract 3D deformation data, vibration mode and others. However, in most cases PZT has some disadvantages, which include nonlinear errors and limited time of use. In the present study, a new type of LASER interferometry using a laser diode is proposed. Using LASER Diode Sinusoidal Phase Modulating (LD-SPM) interferometry, the phase modulation can be directly modulated by controlling the LASER Diode injection current thereby eliminating the need for PZT and its components. This makes the interferometry more compact. This paper reports on a new approach to the LD Modulating interferometry that involves four-buckets phase shift method. This study proposes a four-bucket phase mapping algorithm, which was developed to have a guaranteed application, to stabilize the system in the field and to be a user-friendly GUI. In this paper, the theory for LD wavelength modulation and sinusoidal phase modulation of LD modulating interferometry is shown. Four-bucket phase mapping algorithm is then introduced.
Directly modulated fiber-optic links generally suffer higher link loss and larger signal distortion than externally modulated links. These result from the electron-photon conversion loss and laser modulation dynamics. As a method to overcome the drawbacks, we have experimentally demonstrated the RF performance of directly modulated, ultra-strong injection-locked gain-lever distributed Bragg reflector (DBR) lasers. The free-running DBR lasers exhibit an improved amplitude modulation efficiency of 12.4 dB under gain-lever modulation at the expense of linearity. By combining gain-lever modulation with ultra-strong optical injection locking, we can gain the benefits of both improved modulation efficiency from the gain-lever effect, plus improved linearity from injection locking. Using an injection ratio of R=11 dB, a 23.4-dB improvement in amplitude response and an 18-dB improvement in spurious-free dynamic range have been achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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