大尺寸釹玻璃板條激光介質熱效應分析.pdf

1、以激光沖擊強化系統(tǒng)的研究為背景,針對作為系統(tǒng)主放大器增益介質的一種大尺寸釹板條激光介質的熱效應問題進行了理論模擬和分析。
　　 激光介質工作時產生的廢熱會導致介質內產生溫度梯度,進而使介質產生應力和形變,最終導致激光介質產生畸變和退偏,甚至引起介質的破裂,導致嚴重的熱效應。熱效應越來越嚴重地影響到激光器的輸出功率、光束質量、輸出穩(wěn)定性等激光器關鍵性能的進一步提高,因此放大器激光介質的選擇和熱管理對高脈沖能量高峰值功率激光系統(tǒng)至關

2、重要。
　　 大尺寸釹玻璃板條激光介質由于板條幾何構型激光介質散熱能力強,能承受更高的泵浦功率或能量;通過幾何構型消除了應力雙折射;通過使激光光束在板條內以之字形光路全內反射式傳輸,消除了一階熱和應力聚焦;釹玻璃具有良好的儲能特性和大的儲能體積。大尺寸釹玻璃板條激光介質是高脈沖能量、高峰值功率激光系統(tǒng)的一種有競爭力的選擇。
　　 本文研究了一種應用于高能量、高峰值功率激光系統(tǒng)的大尺寸釹玻璃板條激光介質的熱效應,給出了熱效

3、應產生的理論基礎,采用解析分析和數值模擬兩種手段分析板條介質內的泵浦光、溫度、應力及形變分布,根據分析結果得到了相應的優(yōu)化結論。
　　 對于大尺寸板條激光介質,由于其大尺寸和一般具有大寬厚比這樣的幾何結構特點,可將其熱效應研究歸納為泵浦均勻性、側邊效應、端面效應三個主要方面的內容。具體包括:首先利用描光軟件TracePo模擬和比較了不同腔型的光分布,選定了一種泵浦大尺寸板條介質的反射體,并模擬了不同泵浦結構參數下的泵浦均勻性,確

4、定了泵浦燈在聚光腔內的最佳位置,以取得較好的泵浦均勻性。
　　 其次,利用有限元分析軟件Ansys對板條的溫度及應力應變場進行了模擬計算,結果表明即使在均勻泵浦及冷卻下,板條仍然會因為側邊效應和端面效應而使通光光束產生畸變和退偏;模擬了不同寬厚比板條的溫度和應力、形變,根據系統(tǒng)對熱效應和通光孔徑的要求確定了板條的參考尺寸。
　　 最后根據畸變退偏理論自編程序數值計算了板條介質熱畸變、熱退偏。著重研究了側邊效應和端面效應對