高功率鈦寶石激光系統(tǒng)熱效應(yīng)的研究.pdf

1、高功率鈦寶石激光系統(tǒng)使強場物理以及許多科學(xué)研究成為可能,但是隨著激光系統(tǒng)能量的升高,增益晶體的熱效應(yīng)變得越來越明顯,這不但會增大脈沖波前畸變,也會對晶體和光路中的其他光學(xué)元件構(gòu)成威脅,因此研究晶體的熱效應(yīng)已經(jīng)成為大型激光器設(shè)計中的重要工作之一。
　　 本論文選題來源于國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)項目(2007CB815100)和國家自然科學(xué)基金委資助項目,旨在研究高功率鈦寶石激光系統(tǒng)中熱效應(yīng)的產(chǎn)生機理及其對輸出脈沖空間光斑

2、尺寸和波形的影響,并采用液氮冷卻方法對激光輸出進(jìn)行改造,主要包括對冷卻前后晶體溫度場和輸出脈沖波形的理論分析、數(shù)值模擬和實驗探測。具體研究內(nèi)容、方法和結(jié)果如下:
　　 1、分析了單次脈沖和多重復(fù)頻率泵浦時的含時熱傳導(dǎo)方程,并給出了單次脈沖泵浦下晶體溫度場的解析表達(dá)式；對幾種常見的熱效應(yīng)及其對介質(zhì)折射率的影響進(jìn)行了概述,推導(dǎo)出熱效應(yīng)對光束傳輸方程影響的具體表達(dá)形式；引入了光線矩陣以表達(dá)光學(xué)元件和傳輸介質(zhì)對光脈沖的影響,并給出了光束

3、經(jīng)過光學(xué)元件或傳輸介質(zhì)的Collins衍射公式,為數(shù)值模擬和實驗探測提供了理論依據(jù)。
　　 2、通過求解熱傳導(dǎo)方程計算出了鈦寶石晶體溫度場隨時間空間演化的趨勢,討論了泵浦光重復(fù)頻率和能量對熱穩(wěn)定后晶體溫度的影響；通過對帶有熱效應(yīng)項的光束傳輸方程的計算,得出了熱效應(yīng)影響下光脈沖的空間分布,討論了輸出光束質(zhì)量(包括光斑半徑、脈沖強度和輸出能量)以及熱透鏡焦距隨泵浦能量的變化；明確了泵浦脈沖重復(fù)頻率與晶體熱遲豫時間的關(guān)系是熱效應(yīng)是否存