藍(lán)光固體激光器的熱效應(yīng)問題和溫度控制.pdf

1、目前，激光領(lǐng)域中藍(lán)光固體激光器由于自身具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出穩(wěn)定、壽命長等優(yōu)點，加上其在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景而倍受關(guān)注。但目前輸出功率達(dá)到瓦級水平的藍(lán)光激光器的技術(shù)還不夠成熟，因而進(jìn)行這方面的研究具有重要的現(xiàn)實意義。 本論文的課題是研制瓦級藍(lán)光固體激光器。由于影響藍(lán)光激光器工作性能的最主要的一個因素就是其晶體的工作溫度，本文就藍(lán)光固體激光器工作晶體的熱效應(yīng)問題進(jìn)行探討，并介紹了激光晶體溫度控制器的設(shè)計。 本文首

2、先介紹了產(chǎn)生473nm藍(lán)光的原理。通過半導(dǎo)體激光器輸出的808nm紅外激光作為泵浦光，泵浦Nd：YAG晶體。Nd：YAG晶體產(chǎn)生4F3/2向4I9/2的準(zhǔn)三能級躍遷，輸出946nm的紅外光作為基波。輸出基波再通過一塊倍頻晶體LBO使946nm的激光頻率翻倍變?yōu)?73nm，從而產(chǎn)生藍(lán)光輸出。 接著重點討論了溫度對這兩塊晶體工作性能的影響。Nd：YAG晶體要產(chǎn)生準(zhǔn)三能級躍遷所需要的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件需要較低的溫度。而且Nd：YAG晶體由

3、于工作中不可避免地吸熱會引起晶體的中心與晶體周圍的溫度分布不均勻從而產(chǎn)生熱效應(yīng)。對腔體設(shè)計來說，此時晶體等效為一個透鏡。LBO屬于非線性光學(xué)晶體，當(dāng)有光波通過時，晶體也會對光場吸收，造成溫度升高，LBO晶體由于其匹配角是其溫度的函數(shù)，從而導(dǎo)致LBO晶體的倍頻效率也受溫度影響。 然后介紹了針對藍(lán)光激光器兩塊工作晶體的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)介紹包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括以下幾個小部分：單片機(jī)控制器、溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷器的功率

4、驅(qū)動模塊、參數(shù)存儲器、LED數(shù)碼管驅(qū)動芯片和輸出電壓監(jiān)控部分。軟件采用PID控制算法，根據(jù)實際溫度與設(shè)置溫度的偏差量來控制半導(dǎo)體制冷器的驅(qū)動電流，PID算法的三個控制參數(shù)需要在實際調(diào)試中進(jìn)行整定，以達(dá)到良好的控制效果。 最后對Nd：YAG晶體的閾值電流與溫度的關(guān)系、LBO晶體的匹配角度與溫度的關(guān)系和熱透鏡焦距進(jìn)行測量。得出結(jié)論，Nd：YAG晶體的閾值電流隨晶體溫度降低而降低，LBO晶體在匹配溫度上具有最大的輸出功率，而Nd：YA