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
为减弱脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器热效应影响，提高谐振腔稳定性以及改善激光器性能，文中利用热传导理论对脉冲激光二极管巴条侧泵激光陶瓷产生的温升及热形变场进行了解析研究。依据脉冲激光二极管巴条侧面泵浦激光陶瓷工作状态分析，建立契合实际的热分析模型，通过热传导Poisson方程求解，得到单脉冲侧泵激光陶瓷泵浦时段与泵浦间期两个阶段温度场与热形变场的一般解析表达式。定量地分析了脉冲二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷三维温场分布、重复脉冲泵浦过程中温度场分布，以及不同泵浦参数对温场的影响，定量分析了达到热动态平衡时泵浦面的热形变量。计算结果表明：当泵浦光功率为60 W，重复频率为100 Hz，束腰半径为150 μm，钕离子掺杂质量分数为1.0 %时，Nd:YAG陶瓷泵浦面产生29.6 ℃的温升，泵浦面与通光面产生0.95 μm和0.99 μm的热形变量。激光陶瓷温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题，该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中，为减弱激光系统中的热问题提供了理论依据。
全固态激光器 侧面泵浦 Nd:YAG陶瓷 瞬态热效应 解析分析 all-solid-state-laser side-pumped Nd:YAG ceramics transient thermal effect analytical analysis 红外与激光工程
2021, 50(11): 20200495
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
：为解决脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG晶体产生瞬态热效应的问题，对激光晶体内的温场分布进行了解析分析与定量计算。通过对脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点分析，建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型，考虑到Nd:YAG晶体导热系数与其温度的函数关系，引入弦截法求解含时热传导方程，得出了变热传导系数方形Nd:YAG晶体时变温度场的一般解析表达式。定量分析了变热传导系数方形Nd:YAG晶体在不同超高斯阶次和光斑半径下内部温度场时变情况。计算结果表明：使用平均输出功率为60 W 的脉冲激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG 晶体，若入射的3阶超高斯光束泵浦光光斑半径为400 μm，则晶体尺寸为4 mm×4 mm×8 mm的Nd:YAG晶体在达到准热平衡状态时的最高和最低温升分别为364 K和337 K。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法，并对解决激光晶体热效应问题提供了理论依据。
激光器 瞬态热效应 Nd:YAG晶体 变热传导系数 laser transient thermal effect Nd:YAG crystal variable thermal-conductivity
长春理工大学理学院固体激光技术与应用重点实验室, 吉林 长春 130022
基于瞬态热传导方程，通过积分变换方法求解得到脉冲高斯光束双端抽运Tm:YAG棒的时变温度场解析表达式，进而求得时变热焦距。同时定量模拟，分析了不同抽运功率、重复频率与占空比对脉冲激光二极管双端抽运Tm:YAG棒轴向瞬态温度分布和时变热焦距的影响。模拟结果表明：随着脉冲抽运个数的增加，Tm:YAG晶体棒内温度和热焦距整体均呈锯齿状分布，并最终趋于稳定的周期性分布；随着抽运功率、重复频率与占空比的增加，Tm:YAG晶体棒整体温度升高，且棒两端面中心点与棒轴向中心点温差增大，而时变热焦距整体逐渐变短且波动范围变小。研究成果为进一步研究热效应补偿和谐振腔设计提供了理论依据。
激光器 脉冲单掺铥固体激光器 解析分析 瞬态热效应 双端抽运 中国激光
2013, 40(10): 1002002
