端面激光晶體熱效應(yīng)比較及分析.pdf

1、激光二級管(Laser—Diode，LD)泵浦的全固態(tài)激光器具有體積小、效率高、穩(wěn)定性好和壽命長等優(yōu)點，在國防、光電子產(chǎn)業(yè)、光通訊和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。激光晶體是全固態(tài)激光器(DPSL)中最重要的核心部分，在很大程度上它決定了激光器的輸出特性。隨著大功率半導體激光器技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，高功率二極管泵浦固體激光器已經(jīng)成為國內(nèi)外學者的研究熱點，這些研究主要集中在如何有效地提高激光輸出功率和改善激光光束質(zhì)量方面，其中最主要的障礙來

2、自激光晶體的熱效應(yīng)。本文對于周邊恒溫冷卻的矩形截面Nd：YAG和Nd：YVO4晶體的熱效應(yīng)進行了理論計算。在精確求解晶體內(nèi)溫度及溫度場分布的基礎(chǔ)上，求出晶體的熱焦距。精確設(shè)定激光腔參數(shù)，實現(xiàn)低溫GaAs調(diào)Q鎖模Nd：GdYVO4激光器。其主要內(nèi)容可概括如下： 1.首先對全固態(tài)激光器的歷史、發(fā)展進行了回顧，介紹了全固態(tài)激光器的主要特性；簡單介紹了幾種常用的、適于端面泵浦的激光晶體，可調(diào)諧激光器激光晶體。 2.分析了LD泵浦

3、矩形截面激光晶體熱效應(yīng)的基本理論，并根據(jù)理論實際計算了周邊恒溫冷卻的矩形截面Nd：YVO4，Nd：GdVO4和Nd：GdYVO4晶體內(nèi)部溫度場分布。計算了由端面形變引起的光程差和總的光程差，得到不同抽運功率下的熱焦距。比較在相同的泵浦條件下，當抽運功率為15W、抽運光斑半徑320μm時，Nd：YVO4，Nd：GdVO4和Nd：GdYVO4晶體端面中心溫度分別是是324.7℃，320.3℃，191.4℃。可見，Nd：GdYVO4的熱性能明

4、顯優(yōu)于Nd：YVO4和Nd：GdVO4。提出激光晶體端面腔鏡會加重激光晶體熱透鏡效應(yīng)的結(jié)論，研究表明：對于大功率全固態(tài)激光器，由晶體端面形變引起的光程差對晶體熱透鏡效應(yīng)有較大影響。通過分析Nd：YAG、Nd：YLF晶體熱效應(yīng)Nd：YVO4比較，得出在相同條件下，Nd：YLF晶體熱效應(yīng)。最后介紹了LD泵浦矩形截面激光晶體Yb：YAG熱效應(yīng)的基本理論通過求解泊松方程，得到在不同Yd離子摻雜濃度和不同泵浦光半徑情況下激光晶體內(nèi)溫度和溫度場分布

5、。研究結(jié)果表明：當其他條件不變時，隨著Yd離子摻雜濃度增加，Yd：YAG晶體端面中心溫度升高，而晶體中心軸溫度衰減越快。對于相同晶體，在泵浦功率一定時，隨著泵浦光斑半徑減小，Yd：YAG晶體端面中心溫度升高。采用低摻雜濃度的晶體作為增益介質(zhì)，同時合理增加泵浦光斑半徑，可以有效抑制晶體熱效應(yīng)。介紹了晶體中熱量分布和溫度分布的動態(tài)變化。 3.采用低溫生長GaAs晶體作為被動飽和吸收體兼輸出鏡，實現(xiàn)了Nd：GdYVO4激光器調(diào)Q鎖模運