Numerical and experimental investigation on laser damage threshold of highly reflective multilayer thin films
Çok katmanlı yüksek yansıtıcı özellikli ince filmlerin lazer hasar eşiğinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 441958
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT SERT, DOÇ. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Bu çalışmada, ince film kaplamalı optik elemanlar üzerindeki sıcaklık dağılımı, incelenmiştir. Optik tasarım değişikliklerinin yüksek yansıtıcı özellikli, çok katmanlı ince film kaplamalarının ısıl performansına olan etkisi çalışılmıştır. Öncelikler, 19 katmanlı yüksek yansıtıcı özellikli alışılagelmiş bir kaplama referans olarak seçilmiştir. Bu referans kaplama üzerinde, lazer ışınımı sebebiyle oluşan lazer enerji emilimi ve sıcaklık dağılımı hesaplatılmıştır. Sonrasında referans kaplamaya alternatif olacak tasarımlarlar geliştirilmiştir. Alternatif tasarımların yapısında değiştirilmiş dalga çeyreği katmanları, üst yüzey kaplama katmanları ve iki farklı yüksek kırılma indisli malzemeler denenmiştir. Alternatif tasarımların üzerindeki sıcaklık dağılımları da hesaplatılmış ve referans kaplama ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar, değiştirilmiş dalga çeyreği katmanlarının, üst kaplama katmanlarındaki en yüksek sıcaklık değerini (en çok % 24.6) ve en yüksek ara yüzey sıcaklık değerini (en çok % 21.6) düşürdüğünü göstermiştir. Diğer yandan iç katmanlardaki lazer emiliminin ise arttığı gözlenmiştir. Bu noktada iç katmanlardaki emilimi azaltan yeni bir tasarım yöntemi önerilmiştir. Yeni yöntem için katman kalınlıkları, geliştirilen MATLAB kodunca hesaplanmaktadır. Sonuçlar, yeni yöntem ile yapılan tasarımdaki sıcaklık değerlerinin önceki alternatif tasarımlara göre iç ve ara yüzey sıcaklıklarında (en çok %15.4) düşüş sağladığını ortaya çıkarmıştır. Sayısal çalışmalarla birlikte, imal edilen referans kaplama ve alternatif tasarımlara sahip kaplamalar üzerinde lazer hasar eşiği (LHE) testleri ve hasar morfolojisi incelemeleri yapılmıştır. Bu doğrultuda hasar tipleri tanımlanmış ve hasar karakteristiklerindeki değişiklikler incelenmiştir. İnceleme sonuçları, değiştirilen katman kalınlıkları ile sayısal çalışmalarda da hesaplatıldığı gibi, sıcaklık değerlerinin düşük kırılma indisli katmanlar yardımıyla indirgendiğini ve LHE değerini iyileştirildiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The laser induced temperature distributions on the optical thin films are investigated in this study. Effects of optical design modifications on thermal performance of highly reflective (HR) multilayer thin films are analyzed. Firstly, a conventional 19 layer HR coating is selected as a reference and the laser induced temperature distribution is evaluated on it. Then, alternative HR designs are developed by employing non-quarter wave layers, over coat (OC) layers and two high index materials in the coating stacks. Temperature distributions for the design alternatives are then computed and compared with the conventional design. Herein, usage of non-quarter wave layers decreases the maximum temperature (at most 24.6%) and the highest interface temperature (at most 21.6%) at the top layer pairs of the alternative designs; however it causes higher absorption through inner layer pairs. Therefore, a new design method is proposed for which layer thicknesses are calculated using the developed MATLAB code to avoid high laser absorption. Results confirm that proposed design shows higher thermal performance by decreasing the internal and interface temperatures (at most 15.4%) compared to prior alternative designs. In the meantime, the conventional and alternative designs are fabricated for the laser induced damage threshold (LIDT) tests and damage morphology investigations. Herein damage types are identified and changes on damage characteristics are scrutinized. Results show that usage of modified layer thicknesses increased the LIDT by changing the damage characteristics and damage profiles due to decreased temperature rise by the low refractive index layers in accordance with the numerical simulations.
Benzer Tezler
- Tünel yangınlarında sıcaklık değişiminin bir modelde deneysel ve nümerik incelenmesi
Experimental and numerical investigation of temperature change during tunnel fires on a model
ALİ SERDAR GÜLTEK
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP DÜRRİYE BİLGE
- Damage in laminated composite plates subjected to low-velocity impact
Düşük hızlı darbeye maruz tabakalı kompozit plaklarda hasar analizi
BÜLENT MURAT İÇTEN
Doktora
İngilizce
2006
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN KARAKUZU
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Soğutucu akışkan olarak karbondioksit kullanılan transkritik çevrimlerin sayısal ve deneysel incelenmesi
An experimental and numerical investigation on the transcritical carbondioxide cycles
ORKAN KURTULUŞ
Doktora
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN A. HEPERKAN
- Seramik, grafen, ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE)' den oluşan hafif, dayanıklı balistik tabakalı kompozit plaka üretimi, özelliklerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Production and experimental-numerical investigation of lightweight, durable laminated ballistic composite plate composed of ceramics, graphene, ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE)
HALİL BURAK MUTU
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALAETTİN ÖZER