LD泵浦的棒狀和薄片狀激光介質(zhì)熱效應(yīng)研究.pdf

1、固體激光器泵浦過程中，由于晶體吸收的泵浦光有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)換為熱能存儲在晶體內(nèi)部，再加之外部的冷卻，使得晶體內(nèi)溫度分布不均勻，由此引起熱效應(yīng)。當(dāng)高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，晶體的溫度和應(yīng)力場分布以及熱效應(yīng)成為激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化時(shí)首要考慮的因素之一。
　　本文首先概述了LD泵浦固體激光系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，闡明了LD泵浦固體激光介質(zhì)的產(chǎn)熱原因及常用的熱管理方法，特別是對近年來出現(xiàn)的新型冷卻技術(shù)進(jìn)行了介紹。為了更好的研究激光介質(zhì)熱效應(yīng)，于是對其溫度和應(yīng)力場

2、進(jìn)行理論分析，并給出了數(shù)學(xué)模型。
　　利用有限元分析法，結(jié)合具體物理構(gòu)型、激光晶體和LD泵浦源的各個參數(shù)，較為準(zhǔn)確的建立了棒狀激光晶體熱分析的有限元模型，計(jì)算了晶體在不同冷卻方式，不同邊界條件下的溫度場和熱應(yīng)力場的分布，尤其是對近年來提出的金剛石端面冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)研究。結(jié)果表明，端面泵浦結(jié)構(gòu)下，由于最高溫度主要集中在泵浦端面中心附近，為有效的減少熱效應(yīng)，應(yīng)該采取端面直接冷卻方案；此外，靠降低冷卻介質(zhì)溫度和提高邊界對流換熱系數(shù)僅能

3、降低晶體整體溫度，而不能有效的減小溫度梯度和改善溫度場的分布，且對流換熱系數(shù)達(dá)到最大值后繼續(xù)強(qiáng)化外部換熱將無濟(jì)于事。而金剛石高的熱導(dǎo)率保證了激光介質(zhì)內(nèi)的廢熱能夠及時(shí)通過熱導(dǎo)介質(zhì)傳導(dǎo)到周圍環(huán)境中，模擬結(jié)果也表明：金剛石端面冷卻結(jié)構(gòu)大大減小了晶體的整體溫度和溫度場分布，成為冷卻結(jié)構(gòu)的重要選擇之一。
　　從熱分析角度出發(fā)，對薄片激光器的部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中包括激光介質(zhì)尺寸、輸出耦合鏡透過率和激光器腔長等。在以上優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上著重