为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题，根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点，利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG 复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明，当掺杂晶体厚度为8 mm，未掺杂晶体厚度为3 mm，脉冲宽度为3 ms，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300 μm，重复频率为100 Hz时，使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG，泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84 ℃和0.12 μm。可见，复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。

为了解决激光二极管端面泵浦圆盘晶体引起的热效应问题，根据连续LD端面泵浦圆盘形YAG/Yb∶YAG的工作特点，基于热传导理论建立了复合晶体有限元分析模型。通过设定LD泵浦参数，定量分析了泵浦功率、复合晶体厚度与截面大小对温度场的影响。研究结果表明，当复合晶体几何结构一定时，随泵浦功率增大，晶体温度升高。当泵浦功率为70 W，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm时，Yb∶YAG晶体厚度为3 mm，当键合的YAG晶体厚度从0 mm变为0.7 mm时，复合晶体内最高径向温升降低了39.7 ℃，最高轴向温升降低了238.3 ℃。在相同泵浦条件下，取YAG晶体厚度为0.5 mm，当复合晶体截面半径由8 mm增加至13 mm时，晶体内沿径向的最高温升降低了32.8 ℃，沿轴向最高温升降低了171.7 ℃。利用复合晶体能够降低激光晶体内部热效应，对实现全固态Yb∶YAG激光器高功率输出具有指导意义。

对方形激光晶体的实际工作特点进行分析, 根据热容激光器的管理模式, 建立泵浦阶段和冷却阶段的晶体热模型, 引入变热传导系数对方程进行求解, 分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式。分析了不同的光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明: 当泵浦功率为60W、光斑半径为800μm、超高斯阶次为3的脉冲激光二极管对晶体进行泵浦时, 在将Nd∶YAG晶体的热导率视为常量和变量的情况下, 晶体在泵浦端面获得的最大温升分别为149.93℃、180.18℃。激光晶体的尺寸为(20×20×10)mm3, 掺钕离子为1.0%。

对微片激光晶体的实际工作特点进行分析, 根据热容激光器的管理模式, 建立抽运和冷却阶段的晶体热模型。然后引入变热传导系数对方程进行求解, 分别得到激光二极管(LD)单端抽运和冷却时热容激光器温度场的表达式。并对光斑半径和抽运时间这两个影响晶体温度场的因素进行了分析, 计算结果表明：当Nd∶YAG晶体热导率分别为常量和变量时, 其抽运端面的最大温升分别为459.24 ℃、535.78 ℃。其中晶体钕离子的质量比为1.0%, 微片尺寸为Φ20 mm×1 mm, 抽运功率为60 W, Nd∶YAG晶体对入射抽运光的吸收系数是910 m-1, 超高斯光束阶次为3, 抽运光的光斑半径为800 mm。计算分析结果对LD端面抽运固体热容激光器谐振腔的设计具有借鉴意义。

针对激光二极管端面泵浦圆片Yb∶YAG晶体产生的热效应问题, 以实际工作特点为基础, 通过热传导理论分析了热效应。分析了不同泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体尺寸因素对变热导率圆片Yb∶YAG晶体温度场的影响。研究结果表明, 使用泵浦功率为60W、超高斯阶次为5、光斑半径为400μm的泵浦光对含质量分数为8%、晶体半径为4mm、厚度为0.5mm的圆片Yb∶YAG晶体进行泵浦, 在将晶体的热导率分别视为常量和变量时, 泵浦端面获得的最大温升分别为52.15℃和59.51℃。根据计算结果, 设计了适合的激光器热稳腔, 能充分抑制激光器产生的热效应问题。

针对激光二极管端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体产生的热效应问题, 运用半解析方法计算该晶体的温场分布。根据连续LD端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体的工作特性, 建立符合实际工作情况的热模型, 构造初始条件和边界条件。同时考虑到晶体的热导率是温度的函数, 并结合牛顿法求解热传导方程, 得到晶体温度场的一般解析表达式。定量分析了不同的泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体厚度因素对变热导率方形Yb∶YAG微片晶体温度场的影响。结果表明: 使用泵浦功率为80 W、超高斯阶次为1、光斑半径为400 μm的泵浦光对含方形Yb∶YAG微片晶体质量分数为8.0%、晶体的尺寸为4×3×1 mm3进行泵浦, 将晶体的热导率视为常量和变量时, 泵浦端面获得的最大温升分别为41.25 ℃和52.14 ℃。研究结果对减小全固态Yb∶YAG晶体的热效应问题具有指导意义。

对脉冲激光二极管(LD)端面抽运变热导率方片Yb:YAG晶体的温度场进行了分析和研究，建立了端面绝热、周边恒温的热传导模型，采用半解析理论，结合牛顿法得到了晶体的温度场分布，分析了不同的抽运功率、超高斯阶次、光斑半径和晶体尺寸因素对晶体温度场的影响。计算结果表明,当采用抽运功率为80 W、超高斯半径为400 μm、超高斯阶次为3的脉冲激光二极管对晶体进行抽运时，在将Yb:YAG晶体的热导率分别视为常量和非常量的情况下，该晶体在抽运端面处获得的最大温升分别为31.69，35.66 ℃。研究结果为激光器的设计提供了一定的理论指导。

针对脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体产生的热效应问题，考虑到导热系数与温度的函数关系，建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型，运用解析方法计算出Nd:YAG圆棒晶体温场分布。通过对激光晶体工作特点的分析，引入弦截法，得到变热传导系数Nd:YAG圆棒晶体的温场分布表达式。不仅定量分析了在不同脉冲宽度和光斑半径下Nd:YAG圆棒晶体内部温场时变情况，而且也计算了非稳态及准热平衡态时Nd:YAG圆棒晶体的温度场。计算结果表明，使用输出功率为60 W，脉冲频率为100 Hz，脉宽为2 ms的三阶超高斯光泵浦Nd:YAG圆棒晶体端面，则尺寸为φ4×8 mm3的Nd:YAG的圆棒晶体在达到准热平衡状态时，晶体内部最高温和最低温分别为369.1 K和340.5 K。研究结果为如何减小激光晶体热效应提供了一定的参考价值。