Optická kontrola kvality laserových krystalů

Bc. Eva Roiková

Master's thesis

Optical control of laser crystals quality

Abstract:

Diplomová práce je zaměřena na metody optické kontroly kvality laserových tyčí. Zkoumané laserové tyče byly vyrobeny z monokrystalů yttrito-hlinitého granátu dopovaného neodymem (Nd: YAG). Teoretická část je zaměřena na popis laserových krystalů a fungování laseru v souvislosti s optickou kvalitou laserových tyčí. V této části jsou také studovány současně používané metody optické kontroly kvality laserových tyčí. Experimentální část se věnuje inovaci a aplikaci současně používaných metod optické kontroly kvality laserových tyčí. Je zde popsán postup vytvoření počítačové vizualizace mechanického pnutí v laserových tyčích mezi zkříženými polarizátory. Dále je také popsán postup vytvoření automatizovaného měření extinkčního poměru laserových tyčí. Po zhotovení těchto inovací byl vybraný soubor laserových tyčí podroben těmto měřením společně s měřením deformace vlnoplochy v Zygo interferometru typu Fizeau. Na několika vybraných vzorcích byla také zkoumána výstupní energie laserového svazku s proměnnou čerpací energií. Na základě pořízených obrazů metodou vizualizace mechanického pnutí v laserových tyčích byly odlišeny dvě hlavní kategorie poruch - materiálové poruchy, vzniklé pěstováním laserového krystalu (praskliny, nehomogenita indexu lomu), a poruchy indukované opracováním pláště laserové tyče (broušením, leštěním, částečným broušením, poruchy na okraji laserové tyče). Pro jednotlivé typy poruch byly vytvořeny přehledové tabulky s ohledem na jejich závažnost. Nakonec byly diskutovány souvislosti mezi jednotlivými zkoumanými parametry.

Abstract:

This master thesis is focused on optical control of laser crystals quality. The examined laser rods were made of neodymium-doped yttrium aluminium garnet (Nd: YAG) single crystals. The theoretical part is focused on the description of the laser crystals and a laser operation in a context of the optical quality of the laser rods. This part is also discussing currently used methods of optical control of laser rods quality. The experimental part is devoted to innovations and applications of the currently used methods of optical control. The process of creating a digitalized observation of a mechanical stress in the laser rods between crossed polarizers is described. The next innovated method of optical control is automatization of the laser rod extinction ratio measurement. A selected set of the laser rods was examined by the innovated methods of optical control measurement together with a wavefront deformation measurement in the Zygo Fizeau double-pass interferometer. The output energy of a laser beam with variable pumping energy was also examined on several selected samples. Two main defect categories were distinguished based on the taken images from the observation of the mechanical stress in the laser rods. The first category of the laser rods defects - material defects (cracks and inhomogeneity of the refractive index) - was caused by laser crystal growing, the second category of the laser rods defects was induced by a surface treatment of the laser rods (grinding, polishing, partial grinding and defects at the edge of the laser rod). There were made overview tables for individual types of the defects with regard of severity of the defects. Finally, the relationships between the individual examined parameters were discussed.

Keywords

Laserový monokrystal, laserová tyč, Nd, YAG, extinkční poměr, deformace vlnoplochy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Miroslav Šulc, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Applied Science in Technology / Applied Science in Technology