为了研究脉冲半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应，对激光晶体瞬态温度场以及热形变场进行解析分析与计算。考虑到脉冲LD出射光具有超高斯分布，且Nd∶YAG晶体热传导各向同性的特点，利用热传导Poission方程得到了超高斯分布脉冲LD端面抽运Nd∶YAG晶体瞬态温度场以及热形变场的一般解析表达式，定量分析了单脉冲抽运过程中超高斯抽运光光斑半径及超高斯阶次、脉冲宽度对Nd∶YAG晶体瞬态温场的影响以及准热平衡状态温度场的时变特性。结果表明，当脉冲LD端面抽运光具有3阶超高斯分布、抽运功率为80W、脉冲频率为100Hz、脉宽为200μs、钕离子掺杂质量分数为0.01的Nd∶YAG晶体瞬态温度场随抽运脉冲呈现出周期性分布，准热平衡状态的温度在25.5℃到29.2℃之间成锯齿形周期分布；晶体抽运面的热形变量在0.13μm和0.19μm之间也呈现出周期性变化。该研究对于脉冲LD端面抽运全固态激光器热不敏谐振腔设计具有理论指导意义。

在准连续激光二极管(LD)抽运的激光晶体中存在升降温的瞬态过程。为解决准连续LD端面抽运激光晶体产生的热效应问题,基于热传导方程,采用特征函数法和常数变异法得到了准连续超高斯光束端面抽运Nd:YAG棒的瞬态温度场的一般解析表达式。同时定量分析了准连续抽运光束腰半径、脉宽以及频率对Nd:YAG棒瞬态温度场的影响。研究结果表明,准连续LD端面抽运Nd:YAG棒时,棒内温度随时间呈锯齿状变化,经过一段时间后最终呈稳定周期性分布,而且棒内温度也随脉宽和频率的增大而增大。研究方法和所得结果还可以应用到激光系统的其他瞬态热问题研究中。

为解决激光二极管(LD)端面抽运激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、周边恒温、界面热流连续的YAG-Nd:YAG复合晶体棒热分析模型。利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的一般解析表达式。同时定量分析了超高斯抽运光光斑尺寸,光束阶次,YAG晶体长度对YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的影响。研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学耦合器传输效率为82%,4阶超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒时,复合晶体棒内最大温升为132.7 ℃,其中YAG晶体长为1.5 mm,Nd:YAG晶体长5 mm,钕离子掺杂质量分数为1.0 %。研究结果为减小激光晶体热效应、合理设计激光器热稳腔提供了依据。

基于激光二极管端面泵浦Yb∶YAG棒工作特点的分析，提出了端面绝热、周边恒温的激光晶体热分析模型，采用了一种新的热传导方程求解方法，得到了超高斯光束端面泵浦Yb∶YAG棒温度场的一般解析表达式。同时分析了不同阶次、不同光斑半径、不同功率超高斯光束以及晶体参数改变时对于Yb∶YAG棒温度场分布的影响。研究结果表明，若准直聚焦到Yb∶YAG棒泵浦面42.5W的光束具有4阶超高斯强度分布时，掺Yb³⁺质量分数为10.0at.％、长度为2.5mm、半径为2mm的Yb∶YAG棒的泵浦面获得74.20℃的最高温升。新的热传导方程求解方法在研究激光棒温度场分布方面具有计算量小、精度高等特点。研究结果对减小激光晶体的热效应，提高全固态Yb∶YAG激光器性能提供了理论依据。