Лазер – это мощное устройство, которое находит широкое применение в самых разных областях – от материаловедения и производства до медицины и волоконно-оптической связи. Среди них выделяется лазерный нагрев, основанный на точной доставке энергии лазерного излучения для повышения температуры определённых материалов или участков в структуре, состоящей из различных материалов. В настоящей работе выполнено моделирование и экспериментальная проверка теплового воздействия на различные материалы, возбуждаемого переработанным и портативным полупроводниковым лазерным диодным модулем непрерывной волны 635 нм. Моделирование лазерного нагрева проводилось с помощью COMSOL Multiphysics, а результаты были представлены в виде графического изображения теплового распределения после воздействия лазера на шесть различных материалов. При проведении эксперимента лазерный диод управлялся с помощью графического интерфейса пользователя, разработанного в LabVIEW и сопряжённого с микроконтроллером Arduino Uno. Переработанный лазерный диодный модуль был извлечён из старых пишущих DVD-приводов и электрически возбуждался постоянным током до электрической мощности 600 мВт, что соответствует оптической мощности 50 мВт. Схема управления и драйвера лазера была смоделирована с помощью программы Tinkercad, а тепловые измерения проводились с помощью модуля датчика тепла MLX90614, сопряжённого с Arduino Uno. Повторное использование лазерных модулей из DVD открывает возможности для его экономически эффективной реализации. Кроме того, компактные размеры предлагаемой лазерной системы позволяют создать портативное нагревательное устройство, что особенно актуально для применения в условиях ограниченного пространства или в мобильных приложениях.
1. Mukherjee, S., Paul, S., Mazumdar, S. Experimental Studies and Analysis of 1550 nm Laser as Optical Wireless Communication Link in Simulated Rainy, Foggy, and Heating Conditions According to Indian Atmosphere // Light & Engineering, 2023, # 04, pp. 19–33.
2. Belov, V. Optical Communication on Scattered or Reflected Laser Radiation // Light & Engineering, 2019, pp. 15–24.
3. Ponnandai Swaminathan, S., Velayutham, M., Mariappan Karthikeyan, S., Pakkiriappan, M. Low level red laser therapy using wavelength 635 nm for diabetic foot ulcers: a prospective study // International Surgery Journal, 2019, pp. 1–4.
4. Solmaz, H., Gülsoy, M., Ülgen, Y. 635 nm diode laser bio stimulation on cutaneous wounds // Proc. SPIE, May 2014, p. 91292S.
5. Fukuchi, K., Jo, K., Tomiyama, A., Takao, S. Laser cooking // Proceedings of the ACM multimedia 2012 workshop on Multimedia for cooking and eating activities, New York, NY, USA: ACM, Nov. 2012, pp. 55–58.
6. Shabir, I. et al. Laser beam technology interventions in processing, packaging, and quality evaluation of foods // Measurement: Food, 2022, Vol. 8, p. 100062.
7. Xie, L., Chen, X., Yan, H., Xie, H., Lin, Z. Experimental Research on the Technical Parameters of Laser Engraving // J Phys Conf Ser, 2020, Vol. 1646, # 1, p. 012091.
8. Ma, K., Cheng, Y., Jeyaprakash, N., Zhou, J., Wan, Y., Yang, W. Temperature Gradient and Solidification Rate Simulation Model of the Microstructure of Laser-Cladded 27SiMn // Metals (Basel), 2023, Vol. 13, # 10, p. 1682.
9. Li, Y., Zhou, G., Tian, S., Liu, X., Dong, X., Gao, X. Laser Heating Method for an Alkali Metal Atomic Cell with Heat Transfer Enhancement // Photonics, 2023, Vol. 10, # 6, p. 637.
10. Le Louët, V. Experimental measurement of CF/PEKK tapes heating behaviour in the laser assisted automated fibre placement process, 2023, pp. 1897–1906.
11. Affandi, N.N. et al. A feasibility study of low-power laser trepanning drilling of composite using modified DVD writer // International Journal of Integrated Engineering, 2020, Vol. 12, pp. 187–196. [Online]. Available: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:226403508
12. Lagarinhos, J.N., Afonso, D., Torcato, R., Santos, C., Oliveira, M. Effect of laser heat treatments on the hardness of tool steels // IOP Conf Ser Mater Sci Eng, 2021, Vol. 1193, # 1, pp. 1–7.
13. Siva Prasad, H., Brueckner, F., Volpp, J., Kaplan, A.F.H. Laser metal deposition of copper on diverse metals using green laser sources // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020, Vol. 107, # 3 –4, pp. 1559–1568.
14. Kassu, A., Farley, III C., Tsoli, C.P. Laser Heating and Infrared Thermography of Building Materials // Journal of Building Construction and Planning Research, 2021, Vol. 09, # 03, pp. 223–229.
15. Caron-G., G., Brousseau, J. Modelling of Heat Flow During Laser Transformation Hardening of Steel – A Basic Approach Using COMSOL // Fez, Morocco, May 2012, pp. 1–9.
16. He, L., Bai, R., Lei, Z., Li, Q. Numerical Simulation of the Effect of Laser Power on the Temperature Field in Selective Laser Melting, 2023.
17. Caiazzo, F., Alfieri, V. Simulation of Laser Heating of Aluminium and Model Validation via Two-Color Pyrometer and Shape Assessment // Materials, 2018, Vol. 11, # 9, p. 1506.
18. Balchev, I., Lazov, L., Angelov, N., Teirumnieka, E. COMSOL Simulation of Laser Welding of Aluminium // Environment. Technologies. Resources. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, 2021, Vol. 3, pp. 25–29.
19. Krylov, V.N. et al. Recording and reconstruction of reflection and transmission holograms with a CW-laser diode / S.A. Benton, Ed., Mar. 1998, pp. 131–138.
20. THORLABS-L638P040 –638 nm, 40 mW, Accessed: Nov. 11, 2023. [Online]. Available: https://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=L638P040
21. THORLABS-HL6322G – 635 nm, 15 mW. Accessed: Nov. 11, 2023. [Online]. Available: https://www.thorlabs.com/thorproduct. cfm?partnumber=HL6322G
22. 635 nm 50 mW Pigtailed Laser Diode. Accessed: Nov. 11, 2023. [Online]. Available: https://www.edmundoptics.com/p/635 nm‑50 mw-pigtailed-laser-diode/49240/
23. Sudianto, A., Jamaludin, Z., Abdul Rahman, A.A., Novianto, S., Muharrom, F. Automatic Temperature Measurement and Monitoring System for Milling Process of AA6041 Aluminum Aloy using MLX90614 Infrared Thermometer Sensor with Arduino // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 2021, Vol. 82, # 2, pp. 1–14.
24. Mingle, Z., Jintian, Y., Guoguang, J., Gang, L. System on Temperature Control of Hollow Fiber SpinningMachine Based on LabVIEW // Procedia Eng, 2012, Vol. 29, pp. 558–562.
25. Smithies, F. Conduction of Heat in Solids. By H.S. Carslaw and J.C. Jaeger Pp. viii 386. 30s. 1947. (Oxford, at the Clarendon Press) // The Mathematical Gazette, 1952, Vol. 36, # 316, pp. 142–143.
26. Al-Bataineh, Q. M., Alsaad, A. M., Ahmad, A. A., Telfah, A. A novel optical model of the experimental transmission spectra of nanocomposite PVC-PS hybrid thin films doped with silica nanoparticles // Heliyon, 2020, Vol. 6, # 6, p. e04177.
27. Sárosi, Z., Knapp, W., Kunz, A., Wegener, K. Evaluation of reflectivity of metal parts by a thermo-camera, Nov. 2010, pp. 1–11.
28. Acrylite, G.P., Acrylite, F.F. Light Transmission and Reflectance.
29. Burtin, P., Jay-Allemand, C., Charpentier, J.-P., Janin, G. Natural wood colouring process in Juglans sp. (J. nigra, J. regia and hybrid J. nigra 23×J. regia) depends on native phenolic compounds accumulated in the transition zone between sapwood and heartwood // Trees, 1998, Vol. 12, # 5, pp. 258–264.

• Предыдущая статья
• Следующая статья

• полупроводниковый лазер
• система нагрева
• COMSOL Multiphysics
• технология обработки материалов