微片激光器的溫度特性研究.pdf

1、自1960年美國物理學(xué)家梅曼使用閃光燈泵浦紅寶石晶體獲得694 nm的紅色激光以來，激光技術(shù)開啟了高速發(fā)展的步伐，如今在現(xiàn)代社會生活的各個方面都出現(xiàn)了它們的應(yīng)用。使用片狀的摻雜晶體作為增益介質(zhì)的微片激光器相比于傳統(tǒng)的激光器有著體積小、光束質(zhì)量高、單位體積功率大的優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信、空間通訊、大氣研究、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有深入的研究。此外，微片激光器的雙模輸出拍頻已經(jīng)成為具備競爭力的光生毫米波方案。
　　與普通的固體激光器一樣，微片激光

2、器的輸出性能同樣受晶體熱效應(yīng)的嚴(yán)重影響。本文對微片晶體的熱效應(yīng)進(jìn)行了理論和仿真分析，并對晶體熱效應(yīng)引起的激光頻譜特性變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。具體有以下幾個方面：
　?。?）簡單概述了微片激光器的發(fā)展歷程，并介紹了光生毫米波技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案及應(yīng)用前景，然后重點(diǎn)對國外和國內(nèi)微片激光器的研究近況分別進(jìn)行了說明。
　　（2）闡述了激光產(chǎn)生的基礎(chǔ)及穩(wěn)定放大的條件，并探討了激光器的三個組成部分，隨后對常見的激光增益介質(zhì)材料進(jìn)行介紹和比較。在推

3、導(dǎo)微片激光器的穩(wěn)態(tài)速率方程的基礎(chǔ)上，討論了微片激光器的工作特性及其影響因素，為提高微片激光器的輸出光束質(zhì)量提供了參考。理論分析微片激光器的溫度漂移現(xiàn)象，得到激光波長和晶體中心溫度呈線性關(guān)系的結(jié)論。
　　（3）理論分析微片晶體的熱效應(yīng)，并使用有限元法對微片激光器增益介質(zhì)的熱傳導(dǎo)模型進(jìn)行了研究。微片晶體熱效應(yīng)產(chǎn)生的本質(zhì)原因在于泵浦源在晶體內(nèi)部產(chǎn)生的廢熱，熱效應(yīng)會導(dǎo)致微片晶體腔長和折射率的改變。通過ANSYS熱分析，得到了微片晶體的熱傳

4、導(dǎo)模型。熱分析結(jié)果表明，LD泵浦功率和溫控溫度二者與晶體中心溫度均呈線性關(guān)系。在仿真數(shù)值范圍內(nèi)，熱沉與晶體間的熱傳導(dǎo)系數(shù)只影響晶體溫度差，選定合適的熱傳導(dǎo)方式能獲得良好的散熱效果，但存在散熱極限。
　?。?）對微片激光器的縱模理論及單縱模、雙縱模的形成條件進(jìn)行了介紹，通過實(shí)驗(yàn)對微片激光器的溫度特性和熱致頻譜匹配進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單頻激光的功率與溫控溫度近似為負(fù)線性關(guān)系，溫控溫度每升高10℃，激光功率下降約18％；激光波長與