板條激光晶體熱效應(yīng)的理論研究.pdf

1、固體激光器激光工作物質(zhì)的幾何形狀通常為圓棒狀或板條狀。由于圓棒狀晶體溫度梯度的方向與光傳播方向垂直,在熱負(fù)荷條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),將產(chǎn)生嚴(yán)重的熱透鏡效應(yīng)和熱光畸變效應(yīng),使得光束質(zhì)量降低,并限制了激光功率的進(jìn)一步提高。在板條激光器中,溫度梯度一般發(fā)生在板條厚度方向上，而光在厚度方向的兩側(cè)面(即泵浦面)上發(fā)生內(nèi)全反射,呈鋸齒形光路在兩泵浦面之間傳播,光傳播方向近似與溫度梯度方向平行,可有效避免熱透鏡效應(yīng)和熱光畸變效應(yīng),從而大幅度提高了激光器的輸出功

2、率,因此板條激光器是高功率全固態(tài)激光器的重要發(fā)展方向之一。雖然板條激光器憑借著其結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)控制熱和應(yīng)力以及“Z”型鋸齒光路可以限制熱聚焦和退偏振,但是在高功率板條激光器中熱效應(yīng)仍然非常顯著,因此從提高激光器的輸出光束質(zhì)量和功率角度來(lái)看,仍是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴綜述了LD泵浦板條激光器的結(jié)構(gòu)、常用的激光晶體和溫度控制系統(tǒng)、板條激光器中的熱效應(yīng)問(wèn)題及其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,給出了本文的研究?jī)?nèi)容。⑵建立了端泵

3、、邊泵和面泵結(jié)構(gòu)的板條激光晶體導(dǎo)熱微分方程。其中邊泵和面泵結(jié)構(gòu)是雙側(cè)泵浦形式,在建模過(guò)程中將四組二極管陣列非對(duì)稱(chēng)的分布在晶體兩個(gè)泵浦面上，這樣得到的溫度場(chǎng)分布相對(duì)均勻且最高溫升也比其它方式小。通過(guò)求解板條激光晶體導(dǎo)熱微分方程,得到了晶體內(nèi)部溫度場(chǎng)的解析解。以此為基礎(chǔ),分別分析了由于晶體內(nèi)部非均勻溫度梯度而引起的熱形變和泵浦光沿Zagzig型鋸齒光路作用下的熱透鏡焦距。⑶借助Mathematica計(jì)算軟件,數(shù)值模擬了Nd:YVO4、Nd: