脉冲LD端面泵浦Nd:YAG晶体及其复合晶体温度场特性

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激光二极管(Laser-Diode,LD)泵浦的全固态激光器(Diode-laser Pumped SolideState Laser, DPSSL)具有体积小、效率高、稳定性好合寿命长等优点。在国防、光电子产业、光通信和医疗等领域起到重要的作用。随着大功率LD技术的不断完善和发展,DPSSL已经成为国内外学者的研究热点,这些研究主要集中在如何有效地提高激光器的输出功率和改善激光光束质量方面。而解决这些问题中最主要的障碍就是激光晶体的热效应。激光晶体是全固态激光器中重要的核心部分之一,激光晶体的热效应也一直是DPSSL研究的热点问题之一。在众多激光晶体中掺钕离子激光晶体Nd:YAG以其在激光波长处有着较大的受激截面、在较小范围的晶体区域内对泵浦光能量有着较高的吸收、优异的物理、化学特性在脉冲LD泵浦的DPSSL中有着广泛的应用,特别在近几年掺钕离子的全固态激光器有了长足的发展。本论文介绍了脉冲LD泵浦的全固态激光器的发展情况,以及国内外专家在全固态激光器热效应方面的研究现状。分析了产生激光器热效应的因素,提出了一些减小热效应的措施。本文从以下几方面对脉冲LD的DPSSL进行了研究:1.建立了在端面泵浦方式下Nd:YAG矩形晶体和Nd:YAG圆棒晶体的脉冲LD泵浦激光器的热模型。并且考虑到晶体热传导系数与温度的函数关系,利用分离变量法、常数变易法和弦截法求解了激光晶体内部温度场的分布情况,得出了更符合实际的晶体温度场。弦截法的引入使在计算结果精确度不变的情况下,与以前文献中使用的Newton迭代法相比,计算量减少了40%左右。然后定量分析了泵浦脉宽、泵浦光斑半径和晶体尺寸对周边恒温冷却的晶体热效应的影响。2、基于脉冲LD端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体的研究下,进一步建立了YAG-Nd:YAG复合圆棒晶体的脉冲LD端泵激光器热模型。并定量分析了YAG晶体长度对瞬态温场的影响。3、采用本文得出的理论计算公式,利用Mathematica软件模拟计算出了上述三种Nd:YAG激光晶体在单脉冲下,非稳态阶段和准热平衡态阶段激光晶体内部的瞬态温度场变化情况。本文模拟结果与之前发表的论文数据进行比较,证明了本文结论的准确性。研究结果对正确研究变热传导系数Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并对解决激光晶体热效应问题提供了理论依据。
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