激光二极管端泵Yb:YAG晶体的温度场及应力场

为了解决激光二极管端面泵浦Yb:YAG晶体引起的热效应问题，通过对晶体工作特点的分析，建立了周边冷却恒温、端面与空气存在热交换的有限元热模型。利用泊松方程，对Yb:YAG晶体的温度场、热应力场、热形变场和热透镜焦距进行了数值计算，并定量分析了激光二极管泵浦光的高斯阶次、光斑半径和泵浦功率对激光晶体温度场的影响。研究结果表明：若激光二极管泵浦功率为50 W，耦合到泵浦面的光斑半径为400μm时，晶体尺寸为3 mm×3 mm×4 mm、掺杂浓度为5.0 at.%的Yb:YAG晶体端面的最高温升为59.2 K，最大热形变量为0.645 67μm，晶体内稳定时最大应力为2.380×10⁸ N/m²，热透镜焦距为19.99 mm，该条件下激光器可正常运行。研究结果为全固态Yb:YAG激光器的设计提供了理论依据。