固体激光器的平均功率和光束质量受限,其中关键问题之一就是固体激光器运转过程中的发热问题。固体激光器高平均功率运转时,介质内的温度严重不均匀,这一不均匀的温度分布所导致的热应力是限制固体激光器输出功率提高的重要原因。而且,由于不均匀温度分布和热应力的共同作用,在激光介质中产生的热透镜效应和热致双折射效应,严重影响了激光的光束质量和激光器的效率。从某种意义上讲,高平均功率固体激光器的研制过程就是如何消除热效应的负面影响、克服热透镜、热应力、热畸变等不利因素的过程。因此,高功率固体激光器热效应问题的研究以及高功率热效应补偿固体激光器的设计,是一个十分重要而有意义的研究课题。　　 本文依托江苏大学强激光技术研究所的于兆瓦重复率钕玻璃激光系统,就激光介质的热透镜效应,应力双折射以及光斑质量补偿的方法进行了实验研究和分析。在此基础上,设计了一种新型高功率热效应补偿板条固体激光器系统,并对设计的板条激光器系统进行了初步的数值模拟与简要分析。论文研究的主要内容如下:　　 讨论了激光棒温度梯度和应力的存在所导致的热透镜效应和热致双折射效应,得到了热透镜焦距的计算公式和热致双折射效应导致的激光畸变和激光功率的损耗。针对江苏大学强激光技术研究所的千兆瓦重复率钕玻璃激光系统,利用美国Spiricon公司的激光光束分析仪系统LBA-708PC系统,实验研究了重复牢高功率钕玻璃激光器抽运时产生的热透镜效应,热致应力双折射退偏效应对输出激光光束质量产生的影响,以及为了消除或减小这些影响采取的补偿手段；测量出热透镜的焦距和会聚度,获得了退偏后的偏振图。同时,进一步的讨论表明,随着脉冲次数的增加,激光器的热效应逐渐显现,激光器的输出能量明显减小,而当热效应稳定下来,激光器的输出能量也趋于稳定。　　 针对固体激光器目前存在的缺点,设计了一种新型高功率板条激光器系统,该激光器系统采取“三反射、激光介质对称放置、对称抽运和对称双温冷却”的设计思路:在紧抱型陶瓷漫反射腔体中,以各自腔体的中轴线对称放置两块互相平行的尺寸、材料和性能相同的钕玻璃激光介质板条,抽运源也分别以各自腔体的中轴线对称放置,冷却采用双温循环全腔水冷方式,激光束经过三次反射进入另一个钕玻璃板条,以获得高重复频率、高功率、长氙灯寿命、低放大的自发辐射(ASE)、微弱波面畸变的高质量光束。　　 利用LASCAD激光器设计与分析软件对设计的板条激光器系统进行了初步的数值模拟,建立了板条激光器系统有限元模型,获得了晶体热负载与温度分布、晶体热形变与应力分布、激光输出功率以及激光光强与相位分布。模拟结果表明,如果激光器采取“三反射、激光介质对称放置、对称抽运和对称双温冷却”的设计方案,是可以获得光强分布均匀的方形光斑激光束输出的。