大尺寸釹玻璃板條激光介質(zhì)熱效應(yīng)分析.pdf

1、以激光沖擊強化系統(tǒng)的研究為背景,針對作為系統(tǒng)主放大器增益介質(zhì)的一種大尺寸釹板條激光介質(zhì)的熱效應(yīng)問題進行了理論模擬和分析。
　　 激光介質(zhì)工作時產(chǎn)生的廢熱會導(dǎo)致介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度,進而使介質(zhì)產(chǎn)生應(yīng)力和形變,最終導(dǎo)致激光介質(zhì)產(chǎn)生畸變和退偏,甚至引起介質(zhì)的破裂,導(dǎo)致嚴重的熱效應(yīng)。熱效應(yīng)越來越嚴重地影響到激光器的輸出功率、光束質(zhì)量、輸出穩(wěn)定性等激光器關(guān)鍵性能的進一步提高,因此放大器激光介質(zhì)的選擇和熱管理對高脈沖能量高峰值功率激光系統(tǒng)至關(guān)

2、重要。
　　 大尺寸釹玻璃板條激光介質(zhì)由于板條幾何構(gòu)型激光介質(zhì)散熱能力強,能承受更高的泵浦功率或能量;通過幾何構(gòu)型消除了應(yīng)力雙折射;通過使激光光束在板條內(nèi)以之字形光路全內(nèi)反射式傳輸,消除了一階熱和應(yīng)力聚焦;釹玻璃具有良好的儲能特性和大的儲能體積。大尺寸釹玻璃板條激光介質(zhì)是高脈沖能量、高峰值功率激光系統(tǒng)的一種有競爭力的選擇。
　　 本文研究了一種應(yīng)用于高能量、高峰值功率激光系統(tǒng)的大尺寸釹玻璃板條激光介質(zhì)的熱效應(yīng),給出了熱效

3、應(yīng)產(chǎn)生的理論基礎(chǔ),采用解析分析和數(shù)值模擬兩種手段分析板條介質(zhì)內(nèi)的泵浦光、溫度、應(yīng)力及形變分布,根據(jù)分析結(jié)果得到了相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)論。
　　 對于大尺寸板條激光介質(zhì),由于其大尺寸和一般具有大寬厚比這樣的幾何結(jié)構(gòu)特點,可將其熱效應(yīng)研究歸納為泵浦均勻性、側(cè)邊效應(yīng)、端面效應(yīng)三個主要方面的內(nèi)容。具體包括:首先利用描光軟件TracePo模擬和比較了不同腔型的光分布,選定了一種泵浦大尺寸板條介質(zhì)的反射體,并模擬了不同泵浦結(jié)構(gòu)參數(shù)下的泵浦均勻性,確

4、定了泵浦燈在聚光腔內(nèi)的最佳位置,以取得較好的泵浦均勻性。
　　 其次,利用有限元分析軟件Ansys對板條的溫度及應(yīng)力應(yīng)變場進行了模擬計算,結(jié)果表明即使在均勻泵浦及冷卻下,板條仍然會因為側(cè)邊效應(yīng)和端面效應(yīng)而使通光光束產(chǎn)生畸變和退偏;模擬了不同寬厚比板條的溫度和應(yīng)力、形變,根據(jù)系統(tǒng)對熱效應(yīng)和通光孔徑的要求確定了板條的參考尺寸。
　　 最后根據(jù)畸變退偏理論自編程序數(shù)值計算了板條介質(zhì)熱畸變、熱退偏。著重研究了側(cè)邊效應(yīng)和端面效應(yīng)對