Baigiamajame magistro darbe tiriama plieno C45 LST EN 10083-1 lazerinio pjovimo metu gautos briaunos paviršiaus kokybės priklausomybė nuo skirtingų pjovimo režimų bei bandomojo plieno storio pokyčio. Tiriamasis plienas išpjautas lazerinio pjovimo įrenginiu „Trulaser 3030“. Lazerinio pjovimo metu gautos briaunos kokybė yra svarbiausias rodiklis, lemiantis šios technologijos plitimą pasaulinės pramonės mastu. Pjovimas lazeriu – vienas populiariausių medžiagų pjovimo būdų. Darbe pateikta lazerinio pjovimo įrenginių, pjovimo defektų bei jų tyrimo metodikos apžvalga. Atlikti tiriamų plokštelių išpjautos briaunos mikrostrūkturos, šiurkštumo, mikrokietumo, geometrijos tyrimai, suformuluotos darbo išvados. / Steel C45 LST EN 10083-1 cut with laser, edge’s surface quality analysis in reliance with different cutting regimes and trial steel’s thickness variations are presented in this master thesis. Investigative steel was cut with laser cutting equipment Trulaser 3030. The quality of the edge after laser cutting the most important indicator, which makes influence of such kind technological spread in industry worldwide. Laser cutting is the most popular method of material cutting. Laser cutting equipment, cutting defects and methods of analysis overview are presented in this thesis. Microstructure, roughness, micro toughness, geometrical investigations were performed with investigated edge samples, stated conclusions of investigation.

Darbo tikslas – ištirti puslaidininkiniais lazeriais kaupinamos Yb:KGW femtosekundinės sistemos, susidedančios iš osciliatoriaus ir regeneratyvinio stiprintuvo, veikos dinamiką ir panaudojant gautus rezultatus optimizuoti spinduliuotės parametrus. Darbe nagrinėta termo-lęšio bei netiesinio Kerro elemento poveikis rezonatoriaus stabilumui. Panaudojus gautus rezultatus sukurtas trumpiausius impulsus (31 fs) generuojantis iterbio jonais legiruotą strypinį aktyvųjį elementą turintis lazeris. Taip pat pasiūlytas ir eksperimentiškai realizuotas pakreiptų impulsų stiprinimo metodas, kurį taikant optinio plėstuvo plėtimo mastas priklauso tik nuo pluošto matmenų ir gardelės rėžių skaičiaus ir nepriklauso nuo impulso spektro pločio. Impulsų spūdai optimizuoti pasiūlytas ir eksperimentiškai pademonstruotas naujos konstrukcijos vienašūvis autokoreliatorius, kuriame tiriamojo impulso spektrą paskleidžiant kampine dispersija pasižyminčiu optiniu elementu, gaunama informacija apie įvairių spektrinių komponenčių išsidėstymą laike su skiriamąja geba, kuri priklauso tik nuo panaudoto elemento kampinės dispersijos. Šis metodas yra tinkamas vienareikšmiškai charakterizuoti femtosekundinių impulsų spūdą ir tuo yra paprastesnis už plačiai naudojamus FROG, GRENOUILLI ir SPIDER metodus. Tiriant puslaidininkiniais lazeriais kaupinamo Yb:KGW regeneratyvinio stiprintuvo dinamika nustatyti reiškiniai ribojantys maksimalią impulso energiją ir maksimalią išvadinę galią. Panaudojus tyrimo rezultatus... [toliau žr. visą tekstą] / The objective of the present work is to examine the dynamics diode pumped femtosecond Yb:KGW laser consisting of an oscillator and a regenerative amplifier and to optimize its radiation parameters using the results obtained. The thermal-lens and nonlinear Kerr medium effect on the stability of the resonator has been studied. On the basis of the results obtained an oscillator which generates 31 fs pulses has been developed. To our knowledge they are the shortest pulses reported from the laser with a bulk ytterbium doped gain medium. We have also proposed and experimentally demonstrated the tilted pulse amplification method. Applying this method the scale of pulse stretching in the optical stretcher depends only on the beam size and the diffraction grating grooves density and does not depend on the bandwidth of the pulse. In order to optimized the compression of amplified pulses we have also proposed and experimentally tested a new design of single shot autocorrelator which disperses the given pulse spectrum by help of optical component with the angular dispersion. It this way the information is obtained about the distribution of various time-dependent spectral components with the resolution which depends only on the angular dispersion of the optical component used. The present method gives unambiguous characterization of the pulse compression which makes it less complex than widely used FROG, GRENOUILLI and SPIDER methods. The maximum pulse energy and the maximum output power... [to full text]

The objective of the present work is to examine the dynamics diode pumped femtosecond Yb:KGW laser consisting of an oscillator and a regenerative amplifier and to optimize its radiation parameters using the results obtained. The thermal-lens and nonlinear Kerr medium effect on the stability of the resonator has been studied. On the basis of the results obtained an oscillator which generates 31 fs pulses has been developed. To our knowledge they are the shortest pulses reported from the laser with a bulk ytterbium doped gain medium. We have also proposed and experimentally demonstrated the tilted pulse amplification method. Applying this method the scale of pulse stretching in the optical stretcher depends only on the beam size and the diffraction grating grooves density and does not depend on the bandwidth of the pulse. In order to optimized the compression of amplified pulses we have also proposed and experimentally tested a new design of single shot autocorrelator which disperses the given pulse spectrum by help of optical component with the angular dispersion. It this way the information is obtained about the distribution of various time-dependent spectral components with the resolution which depends only on the angular dispersion of the optical component used. The present method gives unambiguous characterization of the pulse compression which makes it less complex than widely used FROG, GRENOUILLI and SPIDER methods. The maximum pulse energy and the maximum output power... [to full text] / Darbo tikslas – ištirti puslaidininkiniais lazeriais kaupinamos Yb:KGW femtosekundinės sistemos, susidedančios iš osciliatoriaus ir regeneratyvinio stiprintuvo, veikos dinamiką ir panaudojant gautus rezultatus optimizuoti spinduliuotės parametrus. Darbe nagrinėta termo-lęšio bei netiesinio Kerro elemento poveikis rezonatoriaus stabilumui. Panaudojus gautus rezultatus sukurtas trumpiausius impulsus (31 fs) generuojantis iterbio jonais legiruotą strypinį aktyvųjį elementą turintis lazeris. Taip pat pasiūlytas ir eksperimentiškai realizuotas pakreiptų impulsų stiprinimo metodas, kurį taikant optinio plėstuvo plėtimo mastas priklauso tik nuo pluošto matmenų ir gardelės rėžių skaičiaus ir nepriklauso nuo impulso spektro pločio. Impulsų spūdai optimizuoti pasiūlytas ir eksperimentiškai pademonstruotas naujos konstrukcijos vienašūvis autokoreliatorius, kuriame tiriamojo impulso spektrą paskleidžiant kampine dispersija pasižyminčiu optiniu elementu, gaunama informacija apie įvairių spektrinių komponenčių išsidėstymą laike su skiriamąja geba, kuri priklauso tik nuo panaudoto elemento kampinės dispersijos. Šis metodas yra tinkamas vienareikšmiškai charakterizuoti femtosekundinių impulsų spūdą ir tuo yra paprastesnis už plačiai naudojamus FROG, GRENOUILLI ir SPIDER metodus. Tiriant puslaidininkiniais lazeriais kaupinamo Yb:KGW regeneratyvinio stiprintuvo dinamika nustatyti reiškiniai ribojantys maksimalią impulso energiją ir maksimalią išvadinę galią. Panaudojus tyrimo rezultatus... [toliau žr. visą tekstą]

The dissertation is dedicated to the detailed numerical modelling of generation dynamics of actively and/or passively Q-switched diode laser longitudinally pumped solid-state lasers, characterization of spatial and temporal laser properties and for the demonstration of application possibility of created minilasers. A detailed theoretical model for the description of generation dynamics using travelling wave approach is presented. In this model more parameters of active laser medium, pump sources and resonator architecture are taken into account. In this thesis the results which show the principal difference between results obtained using the laser travelling wave model and point laser model are presented. Using point laser model the problems of generated pulse timing jitter in passively Q-switched lasers are described and its lowering possibilities using different pumping methods are suggested. In this thesis new, based by the second order moment, laser beam characterisation by knife-edge method is presented. Also laser pulse compression possibilities in tetrachloride CCL4 medium are described. It is showed that using seed signal it is possible to obtain shorter (< 60 ps) and more stable optical pulses. In this thesis application possibilities of created minilasers are presented: the experimental results of the Z-scan measurements obtained using pulses with different pulse shapes for fused silica are presented; also experiments, in which, created minilasers for paper cleaning... [to full text] / Disertacija skirta diodais kaupinamų kietojo kūno lazerių su aktyviąja ir pasyviąja kokybės moduliacija generacijos dinamikos detalesnei skaitmeninei analizei, lazerio impulsų laikinių ir erdvinių parametrų charakterizavimui ir sukurtų minilazerių panaudojimo galimybių demonstracijai. Generacijos dinamikos detalesniai skaitmeniniai analizei, darbe pristatomas sukurtas bėgančiųjų bangų modelis, kuriame atsižvelgiama ne tik į daugelį procesų vykstančių lazerio aktyviajame elemente, bet ir į rezonatoriaus konfigūraciją bei kaupinimo šaltino parametrus. Pateikiami skaitinio modeliavimo rezultatai demonstruojantys šio modelio privalumus lyginant su dažniausiai naudojamu taškiniu lazerio modeliu. Naudojant taškinį lazerio modelį yra nagrinėjama generuojamų impulsų laikinio tirtėjimo problema pasyvios kokybės moduliacijos lazeriuose ir pasiūlyti mažinimo būdai naudojant skirtingus kaupinimo būdus. Darbe taip pat pateiktas naujas, antraisiais momentais pagrįstas, pluošto charakterizavimo judančiu peiliu metodas. Nagrinėjamos lazerių impulsų spūdos galimybės tetrachlorido CCL4 skystyje ir pademonstruota, kad naudojant užkrato signalą galima gauti trumpesnius (< 60 ps) ir stabilesnius optinius impulsus. Darbe pademonstruotos sukurtų minilazerių pritaikymo galimybės: aprašomas netiesinio lūžio rodiklio kvarciniame stikle matavimas Z-skenavimo metodu ir gautų duomenų apdorojimo procedūra įskaitant naudojamų impulsų erdvinę ir laikinę formą; aprašomi eksperimentai, kuriuose sukurti... [toliau žr. visą tekstą]

Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, suprasti plonų sluoksnių, naudojamų Saulės elementuose, abliacijos procesus ultratrumpais impulsais, siekiant juos pritaikyti integruotų jungčių fotovoltiniuose moduliuose formavimui. Eksperimento rezultatams pagrysti buvo vykdomas lazerio spinduliuotės sklidimo bei pasiskirstymo plonasluoksnėje Saulės elemento struktūroje modeliavimas. Sugerta lazerio energija lokaliai užkaitiną medžiagą. Kadangi lazerinio proceso selektyvumas priklauso nuo medžiagos optinių savybių, todėl yra itin svarbu parinkti tinkamą lazerio spinduliuotės bangos ilgį, norint sukaupti spinduliuotę reikiamame plonasluoksnės struktūros sluoksnyje. Nustatyta, kad fundamentinė pikosekundinio lazerio spinduliuotė (1064 nm) yra optimaliausia P3 tipo rėžio formavimui CIGS Saulės elemente. Pramonės taikymams tai yra itin svarbu, nes tokiu atveju mažėja industrinės lazerinės sistemos sudėtingumas bei kaina. Saulės elementų efektyvumo tyrimai parodė nežymų fotoelektrinio efektyvumo sumažėjimą po lazerinio apdirbimo ultra trumpais impulsais, tačiau nebuvo užfiksuota defektų generacijos lazeriais paveiktose kanalo kraštų zonose. Disertacijoje pasiūlyti ir išbandyti pluošto formavimo ir lygiagretaus sluoksnių raižymo metodai, didinantys proceso našumą ir raižymo kokybę. Pikosekundiniai, didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazeriai gali būti panaudoti didelės spartos bei aukštos kokybės Saulės elementų raižymo procesuose. / Present PhD thesis is the experimental and theoretical analysis of thin layer ultrashort pulsed laser ablation processes for photovoltaic devices. Experimental work was supported by modeling and simulation of energy coupling and dissipation inside the layers. The absorbed laser energy was transformed to localized transient heating inside the structure. Selectiveness of the ablation process was defined by optical and mechanical properties of the materials, and selection of the laser wavelength facilitated control of the structuring process. The 1064 nm wavelength was found optimal for the CIGS solar cell scribing in terms of quality and process speed. It is very positive result for industrial applications as the cost and the system complexity are decreased. The solar cell efficiency test revealed minor degradation in photo-electrical efficiency after the laser scribing was applied to the solar cell samples. Lock-in thermography measurements did not revealed any internal shunt formation during laser scribing with picosecond pulse duration. Picosecond lasers with fundamental harmonics and high repetition rates can be used to accomplish efficient and fast scribing process which is able to fit the demands for industrial solar cell scribing applications.

Present PhD thesis is the experimental and theoretical analysis of thin layer ultrashort pulsed laser ablation processes for photovoltaic devices. Experimental work was supported by modeling and simulation of energy coupling and dissipation inside the layers. The absorbed laser energy was transformed to localized transient heating inside the structure. Selectiveness of the ablation process was defined by optical and mechanical properties of the materials, and selection of the laser wavelength facilitated control of the structuring process. The 1064 nm wavelength was found optimal for the CIGS solar cell scribing in terms of quality and process speed. It is very positive result for industrial applications as the cost and the system complexity are decreased. The solar cell efficiency test revealed minor degradation in photo-electrical efficiency after the laser scribing was applied to the solar cell samples. Lock-in thermography measurements did not revealed any internal shunt formation during laser scribing with picosecond pulse duration. Picosecond lasers with fundamental harmonics and high repetition rates can be used to accomplish efficient and fast scribing process which is able to fit the demands for industrial solar cell scribing applications. / Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, suprasti plonų sluoksnių, naudojamų Saulės elementuose, abliacijos procesus ultratrumpais impulsais, siekiant juos pritaikyti integruotų jungčių fotovoltiniuose moduliuose formavimui. Eksperimento rezultatams pagrysti buvo vykdomas lazerio spinduliuotės sklidimo bei pasiskirstymo plonasluoksnėje Saulės elemento struktūroje modeliavimas. Sugerta lazerio energija lokaliai užkaitiną medžiagą. Kadangi lazerinio proceso selektyvumas priklauso nuo medžiagos optinių savybių, todėl yra itin svarbu parinkti tinkamą lazerio spinduliuotės bangos ilgį, norint sukaupti spinduliuotę reikiamame plonasluoksnės struktūros sluoksnyje. Nustatyta, kad fundamentinė pikosekundinio lazerio spinduliuotė (1064 nm) yra optimaliausia P3 tipo rėžio formavimui CIGS Saulės elemente. Pramonės taikymams tai yra itin svarbu, nes tokiu atveju mažėja industrinės lazerinės sistemos sudėtingumas bei kaina. Saulės elementų efektyvumo tyrimai parodė nežymų fotoelektrinio efektyvumo sumažėjimą po lazerinio apdirbimo ultra trumpais impulsais, tačiau nebuvo užfiksuota defektų generacijos lazeriais paveiktose kanalo kraštų zonose. Disertacijoje pasiūlyti ir išbandyti pluošto formavimo ir lygiagretaus sluoksnių raižymo metodai, didinantys proceso našumą ir raižymo kokybę. Pikosekundiniai, didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazeriai gali būti panaudoti didelės spartos bei aukštos kokybės Saulės elementų raižymo procesuose.

Šioje disertacijoje tiriami nuolatinai kaupinami regeneraciniai stiprintuvai su ilgos relaksacijos trukmės lazerine terpe. Tikslas buvo išanalizuoti bendrus tokių sistemų sudėtingos dinamikos dėsningumus pasireiškiančios aukštų dažnių diapazone ir surasti būdą pasiekti maksimalias išėjimo impulsų energijas išlaikant jų stabilumą. Analitiškai aprašomos pagrindinės optimizuotų ir stabiliame režime veikiančių stiprintuvų charakteristikos, tokios kaip optimalūs pradinis ir galutinis stiprinimo koeficientai, maksimali išėjimo impulso energija, rezonatoriuje išsklaidytoji galia, daugelio praėjimų B-integralas ir rezonatoriaus apėjimų skaičius, su kuriuo gaunama maksimali išėjimo impulso energija. Nustatytos egzistuojančių dinaminių režimų (stabilaus, kvaziperiodinio ir chaotinio) sritys valdančiųjų parametrų erdvėje. Išsiaiškinta, kad nestabilaus veikimo sritis mažėja, kai užkrato impulso energija didėja. Sukurtas ir išplėtotas stabilumo diagramų metodas, kuris ne tik suformuoja sisteminį požiūrį į regeneracinio stiprinimo dinamikos optimizavimą, bet ir leidžia nustatyti užkrato energijos dydį, pakankamą stabiliam veikimui palaikyti. Nustatytos darbinės charakteristikos kritiniame impulsų pasikartojimo dažnių diapazone, kur neegzistuoja analitiniai sprendiniai ir nestabilumai yra labiausiai tikėtini. Teoriniai rezultatai patvirtinti eksperimentiškai diodais kaupinamoje pikosekundinėje Nd:YVO4 lazerinėje sistemoje. Pademonstruota, kad užkrato impulso energijos padidinimas susiaurina... [toliau žr. visą tekstą] / This thesis presents a detailed study of continuously pumped regenerative amplifiers based on long-relaxation-time laser media. The goal of the research was to develop a general pattern of complex dynamics peculiar to such systems at high repetition rates and to find a way to improve performance characteristics affected by instabilities. Basic parameters of the optimally coupled regenerative amplifier operating in stable regime were derived in analytical form. They include optimum initial and final gains, the maximum output pulse energy, the power dissipation, the multi-pass B-integral and the roundtrip number providing the maximum output energy. A comprehensive pattern of existing dynamic regimes (stable, quasi-periodic and chaotic) was represented in space of controlling parameters. It has been found that the space of unstable operation decreases as the seed pulse energy increases. A method of stability diagrams, which forms a systematic approach to the optimization of regenerative amplification dynamics and in particular allows one to determine the seed pulse level sufficient to maintain the operation stable, has been developed. Performance characteristics were determined in the critical range of repetition rates, where instabilities are pronounced at the most and analytical solutions are unavailable. The experiments, carried out using the diode pumped picosecond Nd:YVO4 laser system, exhibited a good agreement with theoretical inferences. It has been demonstrated that... [to full text]

This thesis presents a detailed study of continuously pumped regenerative amplifiers based on long-relaxation-time laser media. The goal of the research was to develop a general pattern of complex dynamics peculiar to such systems at high repetition rates and to find a way to improve performance characteristics affected by instabilities. Basic parameters of the optimally coupled regenerative amplifier operating in stable regime were derived in analytical form. They include optimum initial and final gains, the maximum output pulse energy, the power dissipation, the multi-pass B-integral and the roundtrip number providing the maximum output energy. A comprehensive pattern of existing dynamic regimes (stable, quasi-periodic and chaotic) was represented in space of controlling parameters. It has been found that the space of unstable operation decreases as the seed pulse energy increases. A method of stability diagrams, which forms a systematic approach to the optimization of regenerative amplification dynamics and in particular allows one to determine the seed pulse level sufficient to maintain the operation stable, has been developed. Performance characteristics were determined in the critical range of repetition rates, where instabilities are pronounced at the most and analytical solutions are unavailable. The experiments, carried out using the diode pumped picosecond Nd:YVO4 laser system, exhibited a good agreement with theoretical inferences. It has been demonstrated that... [to full text] / Šioje disertacijoje tiriami nuolatinai kaupinami regeneraciniai stiprintuvai su ilgos relaksacijos trukmės lazerine terpe. Tikslas buvo išanalizuoti bendrus tokių sistemų sudėtingos dinamikos dėsningumus pasireiškiančios aukštų dažnių diapazone ir surasti būdą pasiekti maksimalias išėjimo impulsų energijas išlaikant jų stabilumą. Analitiškai aprašomos pagrindinės optimizuotų ir stabiliame režime veikiančių stiprintuvų charakteristikos, tokios kaip optimalūs pradinis ir galutinis stiprinimo koeficientai, maksimali išėjimo impulso energija, rezonatoriuje išsklaidytoji galia, daugelio praėjimų B-integralas ir rezonatoriaus apėjimų skaičius, su kuriuo gaunama maksimali išėjimo impulso energija. Nustatytos egzistuojančių dinaminių režimų (stabilaus, kvaziperiodinio ir chaotinio) sritys valdančiųjų parametrų erdvėje. Išsiaiškinta, kad nestabilaus veikimo sritis mažėja, kai užkrato impulso energija didėja. Sukurtas ir išplėtotas stabilumo diagramų metodas, kuris ne tik suformuoja sisteminį požiūrį į regeneracinio stiprinimo dinamikos optimizavimą, bet ir leidžia nustatyti užkrato energijos dydį, pakankamą stabiliam veikimui palaikyti. Nustatytos darbinės charakteristikos kritiniame impulsų pasikartojimo dažnių diapazone, kur neegzistuoja analitiniai sprendiniai ir nestabilumai yra labiausiai tikėtini. Teoriniai rezultatai patvirtinti eksperimentiškai diodais kaupinamoje pikosekundinėje Nd:YVO4 lazerinėje sistemoje. Pademonstruota, kad užkrato impulso energijos padidinimas susiaurina... [toliau žr. visą tekstą]

Disertacija skirta diodais kaupinamų kietojo kūno lazerių su aktyviąja ir pasyviąja kokybės moduliacija generacijos dinamikos detalesnei skaitmeninei analizei, lazerio impulsų laikinių ir erdvinių parametrų charakterizavimui ir sukurtų minilazerių panaudojimo galimybių demonstracijai. Generacijos dinamikos detalesniai skaitmeniniai analizei, darbe pristatomas sukurtas bėgančiųjų bangų modelis, kuriame atsižvelgiama ne tik į daugelį procesų vykstančių lazerio aktyviajame elemente, bet ir į rezonatoriaus konfigūraciją bei kaupinimo šaltino parametrus. Pateikiami skaitinio modeliavimo rezultatai demonstruojantys šio modelio privalumus lyginant su dažniausiai naudojamu taškiniu lazerio modeliu. Naudojant taškinį lazerio modelį yra nagrinėjama generuojamų impulsų laikinio tirtėjimo problema pasyvios kokybės moduliacijos lazeriuose ir pasiūlyti mažinimo būdai naudojant skirtingus kaupinimo būdus. Darbe taip pat pateiktas naujas, antraisiais momentais pagrįstas, pluošto charakterizavimo judančiu peiliu metodas. Nagrinėjamos lazerių impulsų spūdos galimybės tetrachlorido CCL4 skystyje ir pademonstruota, kad naudojant užkrato signalą galima gauti trumpesnius (< 60 ps) ir stabilesnius optinius impulsus. Darbe pademonstruotos sukurtų minilazerių pritaikymo galimybės: aprašomas netiesinio lūžio rodiklio kvarciniame stikle matavimas Z-skenavimo metodu ir gautų duomenų apdorojimo procedūra įskaitant naudojamų impulsų erdvinę ir laikinę formą; aprašomi eksperimentai, kuriuose sukurti... [toliau žr. visą tekstą] / The dissertation is dedicated to the detailed numerical modelling of generation dynamics of actively and/or passively Q-switched diode laser longitudinally pumped solid-state lasers, characterization of spatial and temporal laser properties and for the demonstration of application possibility of created minilasers. A detailed theoretical model for the description of generation dynamics using travelling wave approach is presented. In this model more parameters of active laser medium, pump sources and resonator architecture are taken into account. In this thesis the results which show the principal difference between results obtained using the laser travelling wave model and point laser model are presented. Using point laser model the problems of generated pulse timing jitter in passively Q-switched lasers are described and its lowering possibilities using different pumping methods are suggested. In this thesis new, based by the second order moment, laser beam characterisation by knife-edge method is presented. Also laser pulse compression possibilities in tetrachloride CCL4 medium are described. It is showed that using seed signal it is possible to obtain shorter (< 60 ps) and more stable optical pulses. In this thesis application possibilities of created minilasers are presented: the experimental results of the Z-scan measurements obtained using pulses with different pulse shapes for fused silica are presented; also experiments, in which, created minilasers for paper cleaning... [to full text]