復(fù)合晶體的熱特性及實(shí)驗研究.pdf

1、半導(dǎo)體激光器(Laser-Diode，LD)泵浦的全固態(tài)激光器具有體積小、效率高、穩(wěn)定性好和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在國防、光電子產(chǎn)業(yè)、光通訊和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。激光晶體是全固態(tài)激光器中最重要的核心部分，在很大程度上它決定了激光器的輸出特性。隨著大功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，高功率二極管泵浦固體激光器已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，這些研究主要集中在如何有效地提高激光輸出功率和改善激光光束質(zhì)量方面，然而固體激光介質(zhì)中的熱效應(yīng)是

2、研究高光束質(zhì)量、高輸出功率的激光器的最大障礙，產(chǎn)生熱效應(yīng)的主要原因:
　　1.由于泵浦光子能量和激光光子能量的差異，泵浦光沒有完全轉(zhuǎn)換為激光，一部分能量是以熱量的形式釋放出來。
　　2.激光躍遷的熒光過程量子效率小于1，因淬滅機(jī)制產(chǎn)生熱；
　　3.泵浦原的發(fā)射光譜是有一定寬度的，激光增益介質(zhì)只能吸收一部分光譜范圍的光，其他光有可能被基質(zhì)吸收而產(chǎn)生熱。
　　本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，建立了矩形截面激光晶體的熱模型，通過求

3、解熱傳導(dǎo)泊松(Possion)方程，在復(fù)合晶體 YVO4/Nd:YVO4的基礎(chǔ)上提出了YVO4/Nd:YVO4/YVO4/KTP作為綠光激光器的設(shè)想，進(jìn)而利用matlab軟件計算了YVO4/Nd:YVO4/YVO4后端面與 KTP前端面的最大形變量是1.7×10-5μm，在分子間作用力范圍內(nèi)，也就是說YVO4/Nd:YVO4/YVO4/KTP晶體不會因為熱形變及應(yīng)力雙折射而使晶體破裂，進(jìn)一步說明了YVO4/Nd:YVO4/YVO4/KT

4、P作為腔內(nèi)倍頻綠光激光器的工作物質(zhì)是完全可行的。
　　大功率 Nd:YAG固體激光器以其波長短(相對于CO2激光器)、材料吸收率高、體積小、能用光纖傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，成為有競爭實(shí)力的加工光源。本文主要介紹了振鏡式激光打標(biāo)機(jī)，通過實(shí)驗記錄的數(shù)據(jù)模擬了輸入功率與輸出功率的關(guān)系式，及在25℃時的熱焦距，通過多組實(shí)驗得到了合適的穩(wěn)定腔。
　　本文的內(nèi)容分為四部分:(1)綜述；(2)復(fù)合晶體的理論分析；(3)介紹了倍頻及YVO4/Nd:YV

5、O4/YVO4/KTP的可行性論證；(4)簡單介紹了激光打標(biāo)機(jī)及Nd:YAG模塊作為激光打標(biāo)機(jī)光源性能測試；(5)全文總結(jié)。
　　(1)對LD泵浦的全固態(tài)激光器的發(fā)展歷程進(jìn)行了簡要回顧；介紹了全固態(tài)激光器有連續(xù)和脈沖兩種工作方式，及實(shí)現(xiàn)脈沖的途徑:主動調(diào) Q和被動調(diào) Q；簡單介紹了端面泵浦、側(cè)面泵浦和角泵浦三種泵浦方式和幾種常用的、適于端面泵浦的激光晶體及倍頻晶體 KTP。
　　(2)根據(jù)激光晶體熱效應(yīng)的基本理論，建立了矩形

6、截面激光晶體理論模型，研究了激光介質(zhì)的熱效應(yīng)，了解到溫度分布不均勻是激光介質(zhì)產(chǎn)生熱應(yīng)力、熱透鏡效應(yīng)和雙折射效應(yīng)的根源，研究了熱效應(yīng)產(chǎn)生的原因。
　　(3)首先介紹了倍頻技術(shù)，得到了在連續(xù)基波振蕩器中，腔內(nèi)功率密度遠(yuǎn)大于腔外，而二次諧波功率與基波功率的平方成正比，因而倍頻時應(yīng)將倍頻晶體置于腔內(nèi)束腰位置處。提出了腔內(nèi)倍頻由于復(fù)合晶體 YVO4/Nd:YVO4后端面形變大導(dǎo)致鍵合 KTP后會斷裂的解決方法，就是在YVO4/Nd:YVO4