1 西安航空学院 理学院，西安 陕西 710077
2 西安科技大学 理学院，西安 陕西 710054
采用解析法对Nd:YAG单晶光纤激光器热效应相关的光纤温度场分布进行研究。建立了Nd:YAG单晶光纤热模型，在单晶光纤所满足的边界条件下通过解析求解热传导方程，得到在高功率808 nm泵浦光抽运下产生946 nm激光的单晶光纤温度场分布，并与传统Nd∶YAG激光晶体的温度场进行比较，然后分别与同泵浦条件下的有限元数值方法的分析结果进行研究对比，最后分析泵浦光参数、单晶光纤参数等对温度场的影响。结果表明，功率为86 W的泵浦光入射至单晶光纤端面的最高温升仅为30.98 ℃，明显优于同泵浦条件下传统Nd∶YAG晶体的端面温升结果94.37 ℃，与有限元数值法得到的Nd:YAG单晶光纤19 ℃温升结果相比，该解析法结果更接近于实验的测量值31 ℃，能够更精确描述晶体光纤温度场。本文可对单晶光纤激光器热效应的精确研究提供一定参考，进而有利于提高单晶光纤激光器的性能。
光纤激光器 单晶光纤 解析法 温度场 fiber laser single crystal fiber analytic method temperature field
1 西安航空学院 理学院, 陕西 西安 710077
2 西安科技大学 理学院, 陕西 西安 710054
为了实现激光二极管端面泵浦Nd∶YAG晶体温度场的精确计算, 在晶体端面导热边界条件下建立热模型。首先根据热传导方程, 以解析分析理论为基础, 应用常数变易法和特征函数法, 在考虑晶体端面存在热交换情况下, 计算得到808 nm激光泵浦Nd∶YAG圆棒晶体的温度场分布, 分析了泵浦激光功率、光束半径及超高阶次等因素对晶体温度场分布的影响。分析结果表明: 当功率为60 W、光斑半径为04 mm的泵浦光作用于半径为15 mm, 长度为5 mm的Nd∶YAG圆棒晶体时, 该晶体内部最高温升出现在泵浦端面中心处, 最高温升为4263 K, 得到晶体的热透镜焦距为27298 mm。由于在计算中考虑了空气的导热作用对晶体温度场分布的影响, 更符合实际情况, 因此结果能更真实反映晶体内部温度场的分布情况。本文研究为精确分析相关激光晶体的温度场分布提供了指导, 并为激光器性能的优化提供了理论依据。
激光 晶体温度场 解析法 Nd∶YAG圆棒晶体 热效应 laser crystal temperature field analytic method Nd∶YAG rod crystal heat effect
1 西安航空学院 理学院 物理系, 西安 710077
2 西安科技大学 理学院 物理系, 西安 710054
为了研究碱土金属类的中性锶原子在多普勒冷却激光场中的冷却特性, 从Heisenberg方程出发, 采用激光冷却理论分析得到锶原子在能级跃迁(5s2)1S0~(5s5p)1P1 1维驻波激光光场和3维磁光阱中冷却效果与激光强度、失谐量等冷却激光场参量的关系。结果表明, 当锶原子处在1维驻波激光光场中且在弱激光光场、频率小失谐条件下, 锶原子所受耗散力与这两个参量呈线性关系, 但当两个参量增长至一定程度时耗散力呈现饱和现象; 当锶原子在3维磁光阱中且当阱中激光光场的频率失谐为-16MHz时, 碱土金属锶原子有最低冷却温度, 约为0.76mK。对多普勒冷却光场中性锶原子特性的分析为其它碱土金属类原子的冷却研究提供了一定的理论指导。
激光技术 冷锶原子特性 激光多普勒冷却 碱土金属 laser technique characteristics of cold Sr Doppler laser cooling alkaline-earth metal
通过在实芯光子晶体光纤的包层空气孔中填充5CB型液晶，设计出了在室温附近具有高热调谐灵敏度的光子带隙型液晶光子晶体光纤。采用有限元方法研究了光子带隙随光纤结构参数的变化规律、光子带隙位置的热调谐特性、光纤限制损耗随包层孔圈数的变化以及限制损耗的热调谐特性。结果表明，该光子晶体光纤光子带隙的位置主要由包层孔直径决定，其限制损耗随包层孔圈数的增加而显著降低；随着温度由25.1 ℃增加至34.8 ℃，光子带隙位置和限制损耗曲线均发生红移，限制损耗的最小值位置处的平均热调谐灵敏度约为10.3 nm/℃；在光子带隙的中心波长附近，该光子带隙型液晶光子晶体光纤和相同结构未填充液晶的光纤之间具有高耦合效率。
光纤光学 光子晶体光纤 有限元方法 液晶 热调谐特性 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 030602
1 西安建筑科技大学 理学院, 西安 710055
2 西安建筑科技大学 应用物理研究所, 西安 710055
为了计算二极管抽运Nd∶YAG晶体温度场及热形变场, 建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型。基于Nd∶YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系, 应用Newton切线法对热传导方程进行求解, 得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd∶YAG晶体端面抽运下的温度场和热形变场的一般表达式, 同时计算了Nd∶YAG晶体在不同抽运功率和抽运光斑半径下内部温度场和热形变场的分布变化。结果表明, 使用钕离子质量分数为0.01、尺寸为3mm×3mm×8mm的Nd∶YAG晶体, 在功率为60W、光斑半径为450μm的抽运光照射下, 变导热系数的Nd∶YAG晶体端面最大温升为55.7℃, 最大热形变量为2.85μm, 而按传统将Nd∶YAG晶体导热系数、热形变系数均视为定值时, 晶体端面最大温升为43.4℃, 端面最大热形变为2.84μm。
激光器 热效应 固体激光器 Nd∶YAG晶体 导热系数 lasers thermal effect solid-state laser Nd∶YAG crystal thermal conductivity
1 西安建筑科技大学理学院， 陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所， 陕西 西安 710055
为合理进行激光谐振腔设计，研制脉冲板条全固态激光器，利用热传导理论解析研究了脉冲激光二极管(LD)巴条侧面抽运激光板条热平衡时的温度场以及热形变场分布情况。通过侧面抽运激光板条工作特点分析，建立热分析模型，考虑到激光二极管阵列(LDA)抽运光具有超高斯分布而NdYVO4板条具有热传导各向异性的特点，利用Possion方程得出了准连续LDA侧面抽运热传导各向异性板条温度场分布的一般解析表达式。对比分析了NdYVO4与NdGdVO4板条在单脉冲侧面抽运与重复脉冲侧面抽运过程中的温度场分布情况，定量计算了达到热动态平衡时NdYVO4与NdGdVO4板条抽运面中心的热形变量。计算结果表明，达到热动态平衡时， NdYVO4板条的最大与最低温升值分别为34.8 ℃和32.4 ℃，而NdGdVO4板条的最大与最低温升值分别为30.2 ℃和27.0 ℃；NdYVO4板条热动平衡时最大与最小热形变量分别为0.98 μm和0.89 μm，而NdGdVO4板条的分别为0.29 μm和0.24 μm。
激光技术 全固态脉冲激光器 激光板条 热传导各向异性 热效应 激光与光电子学进展
2011, 48(10): 101406
1 Tsinghua University, Beijing 100084, CHN
2 Dalian University of Technology, Dalian 116023, CHN
3 Liaoning University, Shenyang 116036, CHN
1 Dept. of Computer, Tsinghua University, Beijing 100084, CHN
2 Dept. of Physics
3 Dalian University, Dalian 116001, CHN
4 Dalian University of Technology, Dalian 116023, CHN
