激光晶體熱效應(yīng)測算系統(tǒng)的研制.pdf

1、LD泵浦的全固態(tài)激光器(Laser diode pumped solid-state laser)具有效率高、壽命長、工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、可全固化等優(yōu)點，是近年來國際上發(fā)展最快、最有潛力的激光器之一。在國防、軍事、科研、光通訊、材料加工、醫(yī)療衛(wèi)生、光電子產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。但是，激光的工作物質(zhì)吸收泵浦能量后會在激光晶體內(nèi)產(chǎn)生不均勻的溫度梯度，引起端面形變，并和熱效應(yīng)引起的激光晶體折射率的變化共同作用，產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，嚴重影響了激光

2、光束的質(zhì)量和激光效率的提高，給激光器的設(shè)計和應(yīng)用帶來了相當(dāng)大的阻礙。所以，抑制和消除激光晶體的熱效應(yīng)就成為全固態(tài)激光器研究中的關(guān)鍵因素之一。本文以Yb:YAG晶體為例，通過建立激光晶體熱傳導(dǎo)模型，求解泊松方程，得到不同 Yb3+離子摻雜濃度的Yb:YAG晶體內(nèi)溫度場分布及由此引起的光程差和熱焦距，并求出在不同泵浦半徑下的端面溫度分布。研究結(jié)果表明:隨著 Yb3+離子摻雜濃度增加，Yb:YAG晶體端面中心溫度升高，晶體中心軸溫度衰減加快，

3、熱焦距則越小。而隨著泵浦光斑半徑的增大，晶體端面中心溫度降低。
　　由于激光晶體類型廣泛，熱效應(yīng)的計算過程比較繁瑣，計算熱效應(yīng)的程序和方法非常的混雜，一直以來都沒有統(tǒng)一的要求或者規(guī)則。在計算、科研過程中難免會給使用者造成不必要的困擾，浪費大量寶貴的時間和精力，大大的降低了科研的效率。而且以往的計算都沒有考慮晶體周邊與冷卻液之間的對流傳熱，這就大大影響了計算的精確度，對于激光器的穩(wěn)定性非常的不利。在此，我們將更全面考慮影響晶體熱效應(yīng)

4、的因素，并利用計算機混編語言建立一個以界面的形式測算激光晶體熱效應(yīng)的軟件系統(tǒng)，為激光晶體的使用和科研提供一個更便捷方法。
　　其主要內(nèi)容如下:
　　1.對全固體激光器的發(fā)展歷史進行了回顧；分析了全固態(tài)激光器的主要特性；介紹了激光晶體熱效應(yīng)的產(chǎn)生原因及不良影響。
　　2.根據(jù)激光晶體熱效應(yīng)的基本理論，建立了熱效應(yīng)的理論模型；介紹了幾種常用的計算方法；找到了抑制和消除激光晶體熱效應(yīng)的不同因素。
　　3.建立了矩形截面

5、 Yb:YAG晶體的熱模型，通過求解熱傳導(dǎo) Possion方程，得到了不同 Yb3+離子摻雜濃度的Yb:YAG晶體內(nèi)溫度場分布以及由此引起的光程差和熱焦距，并求出在不同泵浦半徑下的端面溫度分布。當(dāng)泵浦功率為10W、泵浦光斑半徑為320?m，Yb3+摻雜濃度分別為5at。％、10at。％、20at％時，Yb:YAG晶體端面最高溫度分別為67.7℃、147.8℃、247.7℃，即 Yb3+摻雜濃度越高，晶體端面中心溫度越高，熱透鏡效應(yīng)越嚴重