PROGRAMUL OPERAŢIONAL SECTORIAL CREŞTEREA COMPETITIVITĂŢII ECONOMICE AXA PRIORITARĂ 2 – COMPETITIVITATE PRIN CDI Operaţiunea 2.1.2: "Proiecte CD de înalt nivel ştiinţific cu participarea unor specialişti din străinătate" Titlul / Acronimul proiectului: Facilitate pentru diagnoza de fascicul laser si caracterizare / certificare ISO a comportarii componentelor optice / materialelor sub actiunea fasciculelor laser de mare putere / ISOTEST. RAPORT DE CERCETARE Nr. 7 / 20.03.2012 Perioada de raportare: 16.12.2011 – 15.03.2012
24
Embed
RAPORT DE CERCETARE Nr. 7 / 20.03 - ssll.inflpr.rossll.inflpr.ro/ISOTEST/Raportari/R7.pdfStare proba (centrata/ necentrata) Calibrare . Activitatea 2.1. Montajul si testarea subsistemelor
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Operaţiunea 2.1.2: "Proiecte CD de înalt nivel ştiinţific cu participarea unor specialişti din
străinătate"
Titlul / Acronimul proiectului: Facilitate pentru diagnoza de fascicul laser si caracterizare /
certificare ISO a comportarii componentelor optice / materialelor sub actiunea fasciculelor laser de
mare putere / ISOTEST.
RAPORT DE CERCETARE Nr. 7 / 20.03.2012
Perioada de raportare: 16.12.2011 – 15.03.2012
INFLPR
Sectia Laseri
Raport de Cercetare nr. 7 / 20.03.2012
In cadrul activitatilor de dezvoltare experimentala si cercetare industriala prevazute pentru a
7-a perioada de raportare (16.12.2011 – 15.03.2012) au fost obtinute urmatoarele rezultate:
Activitatea 1.5. Proiectarea si realizarea sistemului software-hardware de operare automata si de
achizitie / procesare semnale – Realizat partial.
Au fost efectuate teste preliminare de functionare a sistemului software-hardware privind
algoritmul de operare automata al procedurii ISO S-on-1 de masurare a pragului de distrugere in
camp laser (PDCL): realizarea hartii siturilor de test (numarul si distributia siturilor pe proba de
test), inregistrarea energiei laser si a numarului de pulsuri care au distrus situl testat, fitarea
parametrica a datelor experimentale, calculul erorii de fitare, calculul energiei laser de test pentru
situl urmator pe baza evaluarii setului de date experimentale masurat anterior, reprezentarea grafica
a caracteristicilor de probabilitate de distrugere. In fig. 1 este aratata interfata grafica a programului
de operare automata S-on-1.
A fost testat deasemenea protocolul de comunicare cu unitatea DSP privind interogarea
perifericelor si trimitere comenzi, calibrarea atenuatorului variabil de fascicul si centrarea probei in
fasciculul laser de test. Fereastra de comunicare a programului de operare cu unitatea DSP este
aratata in fig. 2.
Testele efectuate au evidentiat o functionare corecta a algoritmului de operare automata,
conform Caietului de Sarcini 01-10.03.2011. Ca urmare, a fost receptionata etapa a II-a a
contractului cu firma Delisoft (care realizeaza programul software de operare S-on-1), intitulata
“Dezvoltarea aplicatiei pentru testare preliminara, dezvoltarea aplicatiei pentru testare automata,
dezvoltarea interfetei grafice”.
Fig.1. Interfata grafica a aplicatiei software cu harta probei, caracteristicile de probabilitate de distrugere (caracteristica afisata este P500, cea cu
eroarea cea mai mare de fitare), baza de date cu puncte discrete de probabilitate, erorile de fitare pentru caracteristicile de probabilitate, energia de
test pentru situl urmator.
Fitare liniara
Situri distruse
Calculul probabilitatilor
pe nivele de energie
Erori de fitare
Harta situri cu legenda
Fereastra introducere
date in operare manuala
Energia
urmatoare
pentru
interogare sit
Schimbare tabel calcul
probabilitati cu tabel
baza de date puncte
Tab-uri pentru selectarea
graficelor de probabilitate
Butoane operare: Test nou/Salvare rezultate/Interogare urmatorul sit/ etc
Coordonatele urmatorului sit de explorat
4
Fig.2. Fereastra de comunicare cu unitatea DSP pentru interogare stare periferice si trimitere comenzi,
calibrarea atenuatorului variabil si centraj proba
Port
comunicare
cu DSP
Stare
motoare
Tip proba
Stare proba
(centrata/
necentrata)
Calibrare
atenuator
Activitatea 2.1. Montajul si testarea subsistemelor instalatiei automate. – Realizat partial.
In ziua de 17.12.2011, Compania Quantel ( Franta), producator al laserului Brilliant B-IR-10-
SLM utilizat ca sursa laser de test in pulsuri de nanosecunde pentru procedura ISO S-on-1, a efectuat o
verificare si un reglaj al profilului temporal al pulsurilor laser generate in regim de emisie pe un singur
mod longitudinal (SLM), conform obligatiilor asumate in contractul de furnizare pe perioada de
garantie.
Interventia a fost necesara deoarece, dupa aproape un an de functionare, emisia laser prezenta o
usoara instabilitate care afecta frontul posterior al profilul temporal al pulsului laser, asa cum se poate
vedea in figura 3. Profilul temporal de puls a fost ameliorat prin stabilizarea emisiei laser in regim
SLM, asa cum se arata in fig. 4.
(a) (b)
Fig. 3. Profilul temporal de puls inainte de interventie (emisie laser pe 1 – 2 moduri longitudinale).
Measurement specifications: Effective beam area: 3.46 x 10-4 cm2
Effective beam diameter: 0.210 mm Effective pulse duration: 6.3 ns Spatial beam profile: near-gaussian Angle of incidence: 1° Number of sites per specimen: 320 Number of shots per site: 500 Arrangement of test sites: near-circular close packed Minimum distance between sites: 1 mm Number of specimens tested: 1 Total number of sites for the test: 320 Damage detection: online scatter measurement Storage of the specimen: manufacturer box
b) systematic variations: Energy monitor calibration: ±2 %
Energy detector calibration: ±2 %
c) total errors: Estimated LIDT standard uncertainty: ±24 %
19
Test Results:
Fig. 3. Damage probability plots for two different LIDT levels. PN(Q), damage probability values for a defined number N of pulses and a specified energy Q;
Fig. 4. Characteristic damage curve of the sample. H0(N), energy density at 0 % LIDT for a specified N.
H50(N), energy density at 50 % LIDT for a specified N.
Fig. 5. Extrapolated S-on-1 damage threshold as function of N number of pulses. E, pulse power density
1 10 1000
5
10
15
20
25
30
N (number of pulses)
En
erg
y d
en
sity H
[J/c
m2]
H0(N)
H0(N) fit
Modelextrapolare (User)
Equation y = Hd + (H1 - Hd)/(1+ (log10(x)/delta))
Reduced Chi-Sqr
0,66768
Adj. R-Square 0,95146
Value Standard Error
H(P0)
H1 21,85428 0,8166
delta 0,16627 0,06298
Hd 9,8072 0,61774
1 10 100 1000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
H50(N)
H50(N) linear fit
H(P
50
) (J
/cm
2)
N (number of pulses)
Modelextrapolare (User)
Equation y = Hd + (H1 - Hd)/(1+ (log10(x)/delta))
Reduced Chi-Sqr
1,3169
Adj. R-Square 0,96899
Value Standard Error
H(P50)
H1 32,33462 1,14424
delta 0,27576 0,07386
Hd 10,27089 1,06222
10-1
101
103
105
107
109
8
12
16
20
24
N (number of pulses)
H0(N)
H0(N) extrapolation
En
erg
y d
en
sity H
[J/c
m2]
H(108)= 9.13 J/cm
2 @ 6.3 ns, 10 Hz
E(108)= 1.45 GW/cm
2
10-1
101
103
105
107
109
10
20
30
H50(N)
H50(N) extrapolation
En
erg
y d
en
sity H
[J/c
m2]
N (number of pulses)
H(108)= 9.44 J/cm
2 @ 6.3 ns, 10 Hz
E(108)= 1.5 GW/cm
2
20
Fig. 6. Normarski micrograph of a damaged site (energy density 22 J/cm2, damage after 5 pulses)
Extrapolated 0 % LIDT for N = 108 pulses: energy density 9.13 J/cm2, power density 1.45 GW/cm2 @ 6.3 ns pulse duration, equivalent to 810 MW/cm2 @ 20 ns pulse duration
21
ANEXA 4
National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics (NILPRP/INFLPR)
Solid State Lasers Laboratory ISOTEST project
Laser-induced damage threshold (LIDT) by S-on-1 test in accordance to ISO 21254 - 1, 2, 3, 4
Date: 09.03.2012 Name: Alexandru Zorila, Laurentiu Rusen
Specimen: Type of Specimen: Laser Mirror GR1978Q reflectivity 88% @ 1540 nm
Manufacturer: SC Ophir Optics SRL, Bucharest, Romania Storage, Cleaning: No special precautions
Test equipment: Laser source
Type: Q-switched, single longitudinal mode Manufacturer: Quantel (France) Model: Brilliant B 10 SLM
Measurement specifications: Effective beam area: 3.46 x 10-4 cm2
Effective beam diameter: 0.210 mm
22
Effective pulse duration: 6.3 ns Spatial beam profile: near-gaussian Angle of incidence: 1° Number of sites per specimen: 320 Number of shots per site: 500 Arrangement of test sites: near-circular close packed Minimum distance between sites: 1 mm Number of specimens tested: 1 Total number of sites for the test: 320 Damage detection: online scatter measurement Storage of the specimen: manufacturer box
b) systematic variations: Energy monitor calibration: ±2 %
Energy detector calibration: ±2 %
c) total errors: Estimated LIDT standard uncertainty: ±30 %
23
Test Results:
Fig. 3. Damage probability plots for two different LIDT levels. PN(Q), damage probability values for a defined number N of pulses and a specified energy Q;
Fig. 4. Characteristic damage curve of the sample. H0(N), energy density at 0 % LIDT for a specified N. H50(N), energy density at 50 % LIDT for a specified N.
Fig. 5. Extrapolated S-on-1 damage threshold as function of N number of pulses. E, pulse power density
1 10 1000
5
10
15
20
N (number of pulses)
En
erg
y d
en
sity H
[J/c
m2]
H0(N)
H0(N) fitModelextrapolare (User)
Equation y = Hd + (H1 - Hd)/(1+ (log10(x)/delta))
Value Standard Error
H(P0)
H1 16,72624 0,92707
delta 0,10479 0,06097
Hd 6,11984 0,6204
1 10 100 1000
0
5
10
15
20
25
H50(N)
H50(N) linear fit
H(P
50
) (J
/cm
2)
N (number of pulses)
Modelextrapolare (User)
Equation y = Hd + (H1 - Hd)/(1+ (log10(x)/delta))
Value Standard Error
H(P50)
H1 20,06748 0,56539
delta 0,0455 0,02497
Hd 8,57167 0,33468
10-1
101
103
105
107
109
0
10
20
N (number of pulses)
H0(N)
H0(N) extrapolation
En
erg
y d
en
sity H
[J/c
m2]
H(108)= 4.77 J/cm
2 @ 6.3 ns, 10 Hz
E(108)= 750 MW/cm
2
10-1
101
103
105
107
109
0
10
20
H50(N)
H50(N) extrapolation
En
erg
y d
en
sity H
[J/c
m2]
N (number of pulses)
H(108)= 7.66 J/cm
2 @ 6.3 ns, 10 Hz
E(108)= 1.2 GW/cm
2
24
Fig. 6. Normarski micrograph of a damaged site (energy density 10 J/cm2, damage after 2 pulses)
Extrapolated 0 % LIDT for N = 108 pulses: energy density 4.77 J/cm2, power density 750 MW/cm2 @ 6.3 ns pulse duration, equivalent to 420 MW/cm2 @ 20 ns pulse duration