流動堿金屬蒸氣激光器建模與仿真研究.pdf

1、半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器（DPAL）兼具固體和氣體激光的優(yōu)勢，具有高量子效率、氣相介質(zhì)可循環(huán)流動散熱、無單口徑輸出功率極限、全電操作、輕質(zhì)緊湊、原子發(fā)射譜線處于近紅外波段具有良好的大氣透過性，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透吣芗す夤庠?。在高功率泵浦條件下，DPAL需要進行氣體循環(huán)流動散熱，目前美、俄均已實現(xiàn)流動介質(zhì)DPAL出光實驗（Flowing DPAL，F(xiàn)DPAL），但相關(guān)理論研究仍處于起步階段，對FDPAL進行流場參量設(shè)計和氣動效應(yīng)研究亟

2、需建立較為完備的理論模型?；谏鲜霭l(fā)展的需求，本文建立了FDPAL理論模型，對激光器流場參量設(shè)計和氣動效應(yīng)展開了研究，對深化FDPAL流速設(shè)計需求、進行激光器參量設(shè)計提供有效指導(dǎo)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于文獻參數(shù)對DPAL的熱效應(yīng)進行定性分析，指出DPAL雖然具有低量子虧損，但高泵浦強度和強自發(fā)輻射等因素仍然會導(dǎo)致顯著的熱功率密度和溫度的升高，需要建立光場—流場耦合的理論模型進行描述。本文考慮適合于DPAL功率定標放大的激

3、光器泵浦、激射與流動結(jié)構(gòu)，引入物質(zhì)導(dǎo)數(shù)對流場的描述思路，首次建立三維的、光場—流場耦合的、能夠同時描述FDPAL主要激光動力學過程和主要流場參量空間分布特征的理論模型，包括氣動方程組、速率方程組和泵浦光與激光傳輸方程組。⑵基于端面泵浦縱向流動DPAL結(jié)構(gòu)，對上述方程組進行簡化，提出具有快速收斂特性的迭代數(shù)值算法，分析了流速對激光器效率、溫升等主要參量及其沿流場方向空間分布特征的影響，研究并初步明確了端面泵浦縱向流動 DPAL的流速需求，

4、處于亞音速流區(qū)域，易于實現(xiàn)。⑶基于更易于功率定標放大的端面泵浦橫向流動結(jié)構(gòu)，提出混合編程迭代求解思路，利用Matlab求解激光速率方程組，利用有限元分析軟件求解流場方程組，提出具有高計算精度和快速收斂特性的迭代算法，能夠得到激光器效率以及熒光損耗、電子態(tài)猝滅、量子虧損、散射損耗等泵浦能量轉(zhuǎn)化信息，同時得到光場與流場主要物理量沿流場方向的空間分布特征。分析了該泵浦結(jié)構(gòu)條件下流速對激光器性能的影響，能夠?qū)Χ嗣姹闷謾M向流動結(jié)構(gòu) DPAL設(shè)計提