LD 侧面泵浦Nd∶YAG激光器的热效应研究

:对激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG 激光器的热效应进行了分析。由热传导方程得出YAG晶体内的温度分布,分析了激光介质中的热应力和热应力双折射,并得到YAG的热焦距 及激光束腰和远场发散角随泵浦功率的变化图形。 关键词:侧面泵浦;热效应;热应力;热焦距     

热边界和泵浦结构对激光晶体热效应的影响

报道了不同热边界和泵浦结构下激光晶体的热效应情况。理论上,基于星载激光器的工作特点,通过建立符合激光晶体工作状态的热模型,模拟了Nd:YAG晶体受到具有高斯分布半导体激光侧面泵浦时的温度场分布,分析了热边界、泵浦方式以及泵浦光斑、吸收系数等泵浦参数对温度场的影响。将激光晶体热透镜作薄透镜近似,进行了热透镜焦距理论计算和实验测量。五面环形泵浦结构,泵浦功率4 500 W,10 Hz重复频率下,Nd:YAG晶体的热透镜焦距约9.5 m,实验结果与理论仿真结果基本符合。文中建立的模型与实验方法为预测激光晶体的热效应提供了一种有效工具,为激光器设计提供依据。     

二极管泵浦固体激光器热透镜焦距的数值模拟

理论分析了轴对称时,以泵浦光为标准高斯光束,在散热均匀情况下,激光晶体中的三维温度场分布,计算了热透镜焦距。利用Ansys数值,模拟了不同泵浦功率及不同泵浦光半径下,激光晶体中的三维温度场分布,并利用Matlab处理了温度数据,数值计算了热透镜对平行入射晶体端面的平面波产生相位畸变,描绘出热透镜焦距随半径的变化曲线。数值分析得出,热透镜焦距随径向发生变化,出射光波为非球面波,热透镜等效凹面镜不能用单一曲率半径描述,为非球面镜,并研究了泵浦功率和泵浦光半径对热透镜焦距的影响。     

二极管侧面泵浦Nd:YAG薄片激光器热效应计算模拟

根据热传导方程,对侧面泵浦薄片介质内的温度分布进行了分析计算,求解出侧面泵浦薄片晶体内的温度分布、使用数值模拟方法MATLAB程序对薄片内温度分布进行模拟,将不同厚度薄片晶体在不同半径下薄片晶体内的温度分布方便、直观地表示出来,为薄片激光器的优化设计提供了理论依据.     

LD侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应研究

对激光二极管侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应进行了分析。由热传导方程得出YAG晶体内的温度分布，分析了激光介质中的热效应力热应力双折射，并得到YAG的热焦距及激光束腰和远场发散角随泵浦功率的变化图形。     

端面泵浦DPL热透镜形状的初探

在LD端面泵浦固体激光器中,泵浦光轴对称分布,晶体是柱状体,泵浦光轴正入射晶体轴心,晶体通过侧面冷却,其侧面温度一致,热耗、温度、折射率呈轴对称分布.建立了端面泵浦DPL实验装置.实验测出谐振腔外右侧z点处的光斑半径ω,算出输出镜即光腰处的光斑半径ω0,由ω0推算出谐振腔左端面处的光斑半径ω(L)及波振面半径R,R等效于热透镜的焦距.在相同泵浦条件下,晶体热透镜不改变,改变谐振腔的长度L,得出对应的ω(L)、R.对实验结果分析发现,等效热透镜应为非球面镜.     

利用稳腔条件测量LD端面泵浦激光晶体的热焦距

利用稳腔条件,从谐振腔的角度推导了热焦距计算公式,并作了简单的等效,为热焦距的测量提供了方便简洁的方法.从实验的角度,对掺杂为0.5%的Nd:YVO4晶体的热焦距进行实际测量,得出了不同泵浦功率下的热焦距数值.对列阵半导体激光端面泵浦下激光晶体的热效应作了分析,用热焦距计算公式进行计算,把结果与利用稳腔条件测量所得结果进行了比较.两种结果基本吻合,变化趋势一致.     

侧面折返泵浦多边形Nd∶YAG薄片的热效应研究

针对热效应劣化激光光束质量、限制激光功率水平提升的问题,研究了激光二极管侧面折返泵浦的多边形Nd∶YAG的热效应,进行了有限元数值模拟计算和实验研究。对于侧面90°切割和45°切割的两种多边形薄片增益介质,对比分析了在侧面泵浦方式下,介质轴向及径向的泵浦光吸收功率分布和温度分布。实验测量了侧面折返泵浦模式下,45°切割的增益介质的荧光分布、温度分布和热致波前畸变,实验结果与理论分析吻合。研究表明,侧面折返泵浦的45°切割多边形薄片增益介质有利于实现储能近平顶分布,并进一步降低增益介质的热效应。     

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。     

侧面泵浦薄片激光器晶体内光分布研究

侧面泵浦薄片激光器中有三个最为关键因素:热键合、泵浦光的均匀性、热沉冷却.文章从理论和实验两方面对二极管侧面泵浦的薄片激光器增益介质晶体内光分布的均匀性进行了研究.在理论上,通过建立二极管侧面泵浦薄片激光器介质内泵浦光吸收情况的数值模型,模拟计算了在Nd:YAG晶体掺杂浓度为0.6at%、七个二极管均匀泵浦条件下,不同晶体尺寸的光斑分布.从实验上,设计了测量晶体内光分布的实验,实验结果与理论结果非常相近.理论模拟结果对实验有一定的指导作用,尤其是在大功率泵浦的情况下有很好的指导意义.