全腔水冷輻射板條固體激光熱效應及被動調(diào)Q特性研究.pdf

1、高功率固體激光器以體積小、可靠性強、轉(zhuǎn)換效率高等著稱，已被廣泛應用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)加工等多個領域。其中，相比較于棒狀固體激光器，板條狀固體激光器能夠獲得具有更高光束質(zhì)量的光，更高的輸出功率以及更高的效率，一直以來都深受人們的關(guān)注。
　　固體激光器工作時，會有相當大的一部分泵浦光轉(zhuǎn)化為熱滯留在激光介質(zhì)內(nèi)，使其溫度升高。而對激光介質(zhì)的冷卻，通常為外部冷卻，這樣將會導致介質(zhì)內(nèi)溫度不均勻分布的現(xiàn)象，溫度的不均分布和因其產(chǎn)生的熱應力都將會

2、引起一系列熱效應問題。因此，對激光介質(zhì)的溫度及應力等的分布狀況進行研究是很有必要的。本課題采用氙燈泵浦8板條輻射狀激光增益介質(zhì)（8個板條呈“米”字型排列），能有效增加泵浦面積和激光介質(zhì)的散熱面積，這樣既能夠有效提高激光器的轉(zhuǎn)換效率又能有效減弱其熱效應。同時，為了提高輸出光的峰值功率，擴大激光器應用范圍，本課題加入了被動調(diào)Q技術(shù)。
　　本文主要研究的內(nèi)容包括激光介質(zhì)溫度及熱應力分布的理論分析及數(shù)值模擬，被動調(diào) Q的相關(guān)理論及實驗研究

3、，激光器聚光腔的優(yōu)化設計，具體研究內(nèi)容總結(jié)如下：
　　（1）給出了本課題研究的背景、意義，總結(jié)概述了板條狀固體激光器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，概括闡述了板條狀激光介質(zhì)熱效應的相關(guān)問題及一些制冷方式，并對被動調(diào)Q激光器的研究概況做了簡單總結(jié)。
　?。?）簡單介紹了溫度場及熱應力應變場的描述等問題，理論研究了輻射板條激光介質(zhì)的熱分析問題，并通過運用ANSYS軟件對輻射狀板條激光介質(zhì)在不同條件下的溫度及熱應力分布做了有限元模擬分析，并最后給

4、出了實況下激光介質(zhì)的溫度及應力分布的有限元模擬結(jié)果。
　　（3）闡述了被動調(diào)Q的基本原理，被動調(diào)Q晶體Cr4+:YAG的基本性質(zhì)、光譜特性、能級結(jié)構(gòu)及可飽和吸收特性，給出了晶體Cr4+:YAG被動調(diào)Q的速率方程，并對其進行了仿真分析，最后利用速率方程對調(diào) Q激光輸出特性進行相關(guān)求解和分析。
　?。?）對輻射板條激光器的聚光腔部分進行了優(yōu)化設計，實現(xiàn)了輻射板條激光器的自由運轉(zhuǎn)。利用矩陣光學理論并借助MATLAB軟件分析了光斑聚