高功率鈦寶石激光系統(tǒng)熱效應(yīng)的研究.pdf

1、高功率鈦寶石激光系統(tǒng)使強(qiáng)場(chǎng)物理以及許多科學(xué)研究成為可能,但是隨著激光系統(tǒng)能量的升高,增益晶體的熱效應(yīng)變得越來(lái)越明顯,這不但會(huì)增大脈沖波前畸變,也會(huì)對(duì)晶體和光路中的其他光學(xué)元件構(gòu)成威脅,因此研究晶體的熱效應(yīng)已經(jīng)成為大型激光器設(shè)計(jì)中的重要工作之一。
　　 本論文選題來(lái)源于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2007CB815100)和國(guó)家自然科學(xué)基金委資助項(xiàng)目,旨在研究高功率鈦寶石激光系統(tǒng)中熱效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)輸出脈沖空間光斑

2、尺寸和波形的影響,并采用液氮冷卻方法對(duì)激光輸出進(jìn)行改造,主要包括對(duì)冷卻前后晶體溫度場(chǎng)和輸出脈沖波形的理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)探測(cè)。具體研究?jī)?nèi)容、方法和結(jié)果如下:
　　 1、分析了單次脈沖和多重復(fù)頻率泵浦時(shí)的含時(shí)熱傳導(dǎo)方程,并給出了單次脈沖泵浦下晶體溫度場(chǎng)的解析表達(dá)式；對(duì)幾種常見(jiàn)的熱效應(yīng)及其對(duì)介質(zhì)折射率的影響進(jìn)行了概述,推導(dǎo)出熱效應(yīng)對(duì)光束傳輸方程影響的具體表達(dá)形式；引入了光線(xiàn)矩陣以表達(dá)光學(xué)元件和傳輸介質(zhì)對(duì)光脈沖的影響,并給出了光束

3、經(jīng)過(guò)光學(xué)元件或傳輸介質(zhì)的Collins衍射公式,為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)探測(cè)提供了理論依據(jù)。
　　 2、通過(guò)求解熱傳導(dǎo)方程計(jì)算出了鈦寶石晶體溫度場(chǎng)隨時(shí)間空間演化的趨勢(shì),討論了泵浦光重復(fù)頻率和能量對(duì)熱穩(wěn)定后晶體溫度的影響；通過(guò)對(duì)帶有熱效應(yīng)項(xiàng)的光束傳輸方程的計(jì)算,得出了熱效應(yīng)影響下光脈沖的空間分布,討論了輸出光束質(zhì)量(包括光斑半徑、脈沖強(qiáng)度和輸出能量)以及熱透鏡焦距隨泵浦能量的變化；明確了泵浦脈沖重復(fù)頻率與晶體熱遲豫時(shí)間的關(guān)系是熱效應(yīng)是否存