LD端面抽运光变半径YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

研究变半径LD泵浦YAG-Nd:YAG复合晶体在实际谐振腔中产生的温度场、形变场和晶体端面热形变场。通过与理论上在理想模型下所求解的结果比较,发现采用变高斯半径构建物理模型,实验值与理论值基本一致,打破了以往高斯半径为定值的局限性。新模型的研究结果:当输出功率为18W时,抽运端面中心获得107.99℃(d=2mm)最高温升和2.78μm(d=2mm)最大热形变量。这种新的研究方法可以更准确地应用到其它激光晶体热问题的研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

LD端面抽运圆形截面YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

通过对半导体激光端面入射复合晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程求解方法,得出了圆形截面复合晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式.研究结果表明:当使用输出功率为1 8 W半导体激光器端面中心入射复合晶体YAG-Nd:YAG时,抽运端面中心获得91.21℃最高温升和2.53μm最大热形变量.复合晶体可以有效降低晶体中最高温升,但是不能减少晶体端面热形变.     

激光二极管抽运的激光器热透镜效应的研究

用激光二极管经光纤耦合和 GRIN透镜聚焦后抽运 Nd3 :YAG激光器 ,用非稳腔方法测量了 Nd3 :YAG晶体的等效热透镜焦距 ;同时 ,对描述热透镜效应的理论模型进行适当补充 ,使之适合于激活介质中抽运光半径随位值变化的情况 ,所得理论结果与实验结果随抽运功率的变化趋势相一致 ,同时二者也存在一定差距 ;分析了理论结果与实验结果存在差距的原因     

复合Nd∶YAG晶体大功率1064 nm固体激光器研究

报道了采用Comsol多物理场仿真软件模拟计算三种结构Nd∶YAG晶体的温度场分布,并通过实验,对比分析复合晶体与均匀掺杂Nd∶YAG晶体的输出功率和转化效率。模拟结果表明,当泵浦功率为18 W时,尺寸为3 mm×3 mm×10 mm、3 mm×3 mm×16 mm、3 mm×3 mm×20 mm的三种晶体的最高温度分别为97.12 ℃、89.08 ℃和88.01 ℃,复合晶体在降低晶体工作温度,减小热效应方面优势明显。采用相同的工作条件,当泵浦功率为18 W时,均匀掺杂Nd∶YAG晶体1064 nm激光最大输出功率为6 W,16 mm长的复合晶体的输出功率为9.3 W,且未出现饱和现象,光斑质量优于均匀掺杂晶体情况。理论和实验结果表明,复合晶体在降低热效应,提高光斑质量方面具有更高的实用性。     

螺纹型激光晶体热透镜效应研究

分析了激光晶体热效应的影响因素,利用热传导方程推导出激光晶体由于内部温度分布不均匀造成的端面热形变与晶体表面积的关系.针对普通圆棒晶体和螺纹棒晶体,分别计算了它们的热形变和热焦距,结果表明螺纹棒晶体可有效地改善激光晶体的热效应.     

Yb:YAG水冷薄片激光晶体热透镜效应及补偿方法研究

热透镜是限制激光器功率提升的重要因素,薄片 结构在散热方面有一定的优势,但在 高功率泵浦下热透镜效应仍是不能回避的问题。本文从热传导方程出发,借助有限元软件, 构建了水冷薄片激光器的模型,在300 W的泵浦功率条件下对薄片晶 体的温度分布、端面变形 量和激光器整机结构的应力分布进行了详细分析,在此基础上,分析了薄片晶体安装时的机 械应力对晶体热透镜的改善作用。对比补偿前后的分析结果可知,当热沉盖板中产生100 N的 正压力对薄片晶体的热变形进行补偿时,其薄片晶体的端面变形量小于未补偿时的变形量, Yb:YAG水冷薄片激光器的热透镜效应有了明显改善。此外,适当增加薄片晶体安装时产生正 压力的大小可以更好地改善激光器的热透镜效应。     

非均匀抽运Nd^3＋：YAG激光棒的热透镜效应

YAG捧的热感应透镜效应是该类激光器的一种重要现象，研究此效应对改善激光束发散度、输出稳定性、教光模式等有一定的意义。鉴于国内对瞬时热建镜效应研究尚少，在文献的基础上，本之计算和比较了非均匀抽运条件TYAG棒的热透镜效应，并给出几种常用的补偿方法。     

LD端面抽运矩形截面YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

通过对LD端面和射复合晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程一种新求解方法,提出了矩形截面复合晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式。研究结果表明,当使用输出功率为18W LD端面中心入射复合晶体YAG-Nd：YAG（YAG部分为2mm,Nd：YAG部分掺Nd^3＋质量分数为1%）时,在抽运端面中心获得101.35℃最高温升（比全部掺杂Nd：YAG晶体降低了22.3%）和2.61μm最大热形变量。得出了复合晶体可以有效降低晶体中最高温升,但是不能减少晶体端面热形变的重要结论。     

高功率激光二极管端面抽运复合晶体激光器的研究

在高功率激光二极管抽运固体激光器中,热效应已成为获得高输出功率和高光束质量的最大阻碍因素.用有限元方法研究了高功率激光二极管端面抽运Nd∶YVO4激光器中热透镜分布规律,提出了用复合晶体消除热透镜效应的方法.研究表明在端面抽运的传统单一Nd∶YVO4晶体激光器中,由于抽运功率密度很高,热透镜效应非常严重,由端面变形而造成的热透镜效应约占整个热透镜效应的50%;而采用复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应,同时得到很好的冷却效果,获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量.实验证明,采用复合结构晶体在23 W的抽运功率水平下得到了11 W的基模输出功率,光束质量因子M2 <1 5,光光转换效率达到48%.     

脉冲LD端面泵浦YAG/Nd∶YAG复合晶体热效应分析

为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题,根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点,利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明,当掺杂晶体厚度为8 mm,未掺杂晶体厚度为3 mm,脉冲宽度为3 ms,经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300μm,重复频率为100 Hz时,使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG,泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84℃和0.12μm。可见,复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。     

长脉冲泵浦的Nd:YAG激光棒中热效应的测量

报道了一种长脉冲泵浦条件下Nd:YAG激光棒热透镜焦距和温度梯度导致的光走离角测量方法。该方法通过高速相机以5 khz的拍摄频率获取TEM00模He-Ne激光的光斑尺寸和位移变化,运用光学矩阵、q参数和ABCD法则,计算得到了动态热透镜焦距和光走离角。经多组测量发现:热透镜在泵浦期间表现为负透镜,泵浦强度越强焦距越短;在这些测量中出现的最短焦距约为-0.33 m;光走离的变化和热透镜焦距的变化几乎同步;光走离的方向限制在一个特定的子午面内;走离角随泵浦增强而增大,最大走离角同样出现在泵浦结束后,大约为3 mrad。     

Nd：YAG激光器热效应的计算模拟及实验研究

对Nd:YAG激光棒的热透镜效应、应力双折射、退偏效应采用自编软件进行计算模拟,并进行了相应的实验研究.     

激光辐照CCD温度场与热应力场的研究

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理,采用有限元分析的方法,对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型,模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间,发现应力损伤先于温度损伤。结果表明,作为固定边界和自由边界的交汇处,基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa,发生应力破坏; Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移,基底逐步脱离固定; 激光作用0.3s时,遮光Al膜与SiO₂膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa,而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为,这种行为将加快基底Si材料的滑移,最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。     

复合Nd∶YAG晶体固体激光器热效应研究

通过使用Comsol有限元仿真软件中的热传导模块,对以下四种晶体在端面泵浦工作情况下晶体内部温度分布进行了模拟分析。其中包含:(1)3 mm×3 mm×10 mm均匀掺杂Nd∶YAG晶体;(2)两个端面分别键合3 mm长YAG晶体的3 mm×3 mm×10 mm Nd∶YAG复合晶体;(3)侧面键合厚度1 mm的YAG晶体5 mm×5 mm×10 mm复合Nd∶YAG晶体;(4)四个侧面分别键合厚度1 mm的YAG晶体,两个端面分别键合3 mm长的YAG晶体的5 mm×5 mm×10 mm Nd∶YAG晶体。在泵浦功率为30 W时,四种晶体的最高工作温度分别为153℃,114℃,157℃,115℃。结果表明,与侧面键合结构相比,端面键合是降低激光晶体的工作温度,减小热效应的有效方法。为研究侧面键合结构的适用条件,论文降低了晶体侧面的导热系数,模拟了在同样的泵浦功率条件下四种晶体的最高温度,分别为212.014℃,149.158℃,186.741℃和134.410℃。模拟结果表明在侧面散热条件比较差的条件下,侧面与端面双重键合是降低激光晶体热效应的最佳选择。在实验方面,采用LDA作为泵浦源,在泵浦功率为18 W时,得到侧面与端面双重键合的Nd∶YAG的输出功率最高,为12.1 W,转换效率为67.2%,实验结果与理论模拟结果相符合。     

激光放大介质温度场和热应力场的数值模拟

提出了一种可用于预测高功率脉冲泵浦下Nd:YAG板状激光放大介质热响应的非均匀内热源模型,利用有限元方法,并考虑材料导热系数和热膨胀系数的温度相关性,对不同冷却条件下的激光放大介质的温度分布和热应力分布进行了数值模拟和比较,在此基础上,提出了一种能对激光放大介质实施有效冷却的技术方案。     

脉冲LD 端面泵浦Nd:YAG 晶体温场研究

为解决脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG晶体产生瞬态热效应的问题,对激光晶体内的温场分布进行了解析分析与定量计算。通过对脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点分析,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型,考虑到Nd:YAG晶体导热系数与其温度的函数关系,引入弦截法求解含时热传导方程,得出了变热传导系数方形Nd:YAG晶体时变温度场的一般解析表达式。定量分析了变热传导系数方形Nd:YAG晶体在不同超高斯阶次和光斑半径下内部温度场时变情况。计算结果表明:使用平均输出功率为60 W 的脉冲激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG 晶体,若入射的3阶超高斯光束泵浦光光斑半径为400 m,则晶体尺寸为4 mm4 mm8 mm的Nd:YAG晶体在达到准热平衡状态时的最高和最低温升分别为364 K和337 K。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并对解决激光晶体热效应问题提供了理论依据。     

抑制二极管泵浦激光器光轴漂移的实验研究

对半导体二极管泵浦电光调Q激光器在实验过程中的光轴漂移现象进行了分析和探讨,利用有限元分析软件CFDesign模拟了激光晶体在不同散热状态下的温度分布。测量了晶体在不同的散热结构和泵浦结构下输出激光的光轴漂移量,指出了光轴漂移现象产生的原因。实验及模拟结果对于有光轴漂移量要求的激光器设计具有一定的借鉴意义。     

热容模式下LD阵列泵浦Nd:GGG圆盘的温度场分析

为了研究Nd:GGG激光晶体圆盘在热容运行模式下的温度场分布及变化问题,根据实际情况建立物理模型进行了分析.从热传导微分方程出发,通过格林函数法求得激光器工作、冷却阶段晶体内部温度场的解析解,在一定程度上可以反映温度场的变化情况.数值计算了矩形LD光斑尺寸3 cm,泵浦功率8100 W、脉冲频率500 Hz、脉冲宽度0.2 ms条件下泵浦4 s后圆盘的温度场以及变化曲线,得到4 s末的最大应力已经达到晶体断裂极限的47%.采用280 K、290 K的温度分别对圆盘进行背面冷却时,需要60～70 s左右的冷却时间;当采用280 K对圆盘进行背面和侧面同时冷却时,冷却时间缩短到30 s左右.     

脉冲激光二极管端面泵浦Nd;YAG棒时变温度场

在脉冲激光二极管(LD)泵浦的激光晶体中存在升降温的时变过程,为解决脉冲LD端面泵浦的激光晶体产生的热效应问题,基于热传导方程,采用特征函数法和常数变异法得到了脉冲超高斯光束端面泵浦Nd∶YAG棒的时变温度场的一般解析表达式.同时定量分析了单脉冲和重复脉冲端面泵浦Nd∶YAG棒的时变温度规律.研究结果表明,重复脉冲端面...