LD泵浦全固态激光器热效应的理论与实验研究

来源 :烟台大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhao19881016
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在二极管(LD)泵浦固体激光器中激光晶体会将吸收的部分泵浦光能量,转化为对输出激光没有任何作用的热量,激光晶体的温度也会随之升高,这导致激光晶体的性质发生变化。所以激光晶体的周围需要装有冷却装置,导致激光晶体的温度分布不均匀,引起热应力,激光双折射以及热透镜效应等。这些影响会降低激光晶体的特性,降低输出激光的光束质量,甚至会导致激光晶体破裂。所以在固体激光器中限制温度的升高有助于确保输出光的效率,提高输出光的光束质量。  本文中我们采用数值模拟的方法研究各向同性晶体(Nd:YAG晶体)内部的温度分布。各向同性介质在高斯型泵浦光的条件下的温度分布有数值模拟和解析分析方法。虽然数值模拟原则上只是近似求解,但是它适用于于复杂的几何体和繁琐的边界条件,可分析激光晶体的多方面的物理特性,因而在研究中得到广泛的应用。  在本论文中首先介绍了LD泵浦固体激光器的基本概念,解释说明了LD泵浦固体激光器产生热效应的原因和解决方法。然后利用热分析方面常用ANSYS有限元分析软件对激光介质和激光晶体内部的热量分布和温度变化进行数值模拟。  本论文利用激光谐振腔的稳定性条件的方法,采用平凹腔结构,提出了测量二极管(LD)泵浦固体激光器热透镜焦距的一种改良方法。采用此测量方法对Nd:YAG连续激光器进行实验,通过测量临界稳定点的输出功率,计算得到Nd:YAG晶体连续工作模式下的有效热透镜焦距,同时对主动调QNd:YAG激光器进行实验,测量了主动调QNd:YAG激光器在不同输入镜条件下的热透镜的焦距,连续和调 Q工作模式下的热透镜焦距实验结果有良好的一致性,但实验发现调Q激光器的热透镜效应较连续模式下的激光器明显。本论文对固体激光器的热透镜焦距进行了理论计算,理论计算结果与实验结果在误差范围内能很好地吻合,证明了本论文提出的热透镜改良测量方法的有效性和可靠性。本论文提出的热透镜焦距测量改良方法操作简单,对实验设备要求低,较以前的测量方法有更好的稳定性。
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