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 西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
2 西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031,
为了对径向线内电子束的空间极限电流及相关物理参量进行分析,在径向方向无穷长与束流密度轴向均匀的假设条件下,对电势满足的线性泊松方程进行了解析求解,得到了空间极限电流的解析表达式,接下来对束流密度轴向非均匀分析条件下电势满足的非线性方程进行了数值求解,并与解析结果进行了对比。研究表明径向电子束具有较高的空间极限电流且当束流接近于极限电流传输时,束密度的非均匀性明显增加,相关结论可以为径向高功率微波器件的设计提供指导。
空间极限电流 径向 解析分析 非线性 电子束 space charge limited current radial analytic non-linear electron beam 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033009
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
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
为解决激光器非线性频率变换时非线性晶体的热效应问题, 解析地研究了激光器谐振腔内多模振荡状态下非线性晶体的温度分布。通过对激光器腔内模特点分析, 得出了谐振腔归一化的多模光束表达式。基于非线性晶体腔内变频工作状态分析, 建立了非线性晶棒热分析模型, 采用一种新的热传导方程求解方法, 得到了非线性晶棒多模变频工作状态下温度场的一般解析表达式。同时分析了激光器腔内基波功率、光斑半径对非线性晶棒温度场分布的影响。研究结果表明, 若腔内多模激光功率为 500W、光束腰半径为 80滋m时, KTP晶棒内最高温升为 126.3益。研究对于减小非线性晶体温升引起的相位失配以及提高激光器谐波转换效率将起理论指导作用。
激光器 腔内频率变换 多模振荡 非线性晶棒 热效应 解析分析 laser intra-cavity frequency conversion multi-mode oscillation nonlinear crystal rod thermal effect analytical analysis
1 西安建筑科技大学 理学院,西安 710055
2 西安建筑科技大学 材料科学与工程学院，西安 710055
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。
激光技术 脉冲固体激光器 热效应 瞬态温度场 解析分析 laser technique pulsed solid-state laser thermal effect transient temperature field analytical
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 材料科学与工程学院,陕西 西安 710055
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。
激光技术 瞬态温度分布 解析分析 准连续抽运 Nd:YAG棒 激光与光电子学进展
2010, 47(9): 091404
1 西安建筑科技大学 理学院,西安 710055
2 西安建筑科技大学 材料科学与工程学院,西安 710055
为了研究抽运光在Yb:YAG晶体内产生的非均匀性温升以及引起的热效应问题,以半解析热分析理论为基础,结合超高斯光束端面抽运、背向冷却Yb:YAG微片工作特点分析,采用热传导方程一种新的求解方法,得出了Yb:YAG微片内部温度场、热形变场、附加光程差的半解析计算表达式。并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Yb:YAG微片温度场、热形变场的影响。结果表明,若使用50W、光斑半径300μm的5阶超高斯光束端面抽运掺镱离子原子数分数为0.08的Yb:YAG微片,抽运面上可获得52.18℃最高温升量,产生0.1195μm最大热形变,引起0.2152μm的附加光程差。该研究结果对于微片激光器热不敏谐振腔最优化设计具有理论指导作用。
激光器 微片激光器 Yb:YAG晶体 热效应 超高斯光束 半解析分析 lasers microchip laser Yb:YAG crystal thermal effect super-Gaussian beam semi-analytical thermal analysis
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 材料科学与工程学院,陕西 西安 710055
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。
激光器 YAG-Nd:YAG复合晶体棒 解析分析 热效应 温度场
1 西安建筑科技大学 理学院,西安 710055
2 西安建筑科技大学 材料科学与工程学院,西安 710055
为了研究半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应问题,采用解析分析的方法研究端面抽运激光晶体的温升以及热形变量的大小。通过激光晶体工作特点分析,考虑到Nd:GdVO4晶体热传导各向异性的特点,采用各向异性传热的Poisson方程,得出了超高斯光束端面抽运Nd:GdVO4晶体温度场以及热形变场的一般解析表达式。并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Nd:GdVO4晶体温度场以及热形变场的影响。结果表明,若半导体激光器的输出功率为30W,光学聚焦耦合器传输效率为85%,5阶超高斯光束沿中心端面抽运掺钕离子原子数分数为0.012的Nd:GdVO4晶体,抽运面可获得419.3℃的最大温升,并产生0.711μm的热形变。该结果对估算Nd:GdVO4晶体热焦距变化范围以及进行热不敏谐振腔设计具有理论指导作用。
激光物理 Nd:GdVO4激光器 热效应 解析分析 各向异性热传导 laser physics Nd:GdVO4 laser thermal effect analytical aeolotropic heat conduction
1 西安建筑科技大学理学院，西安710055
2 西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055
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。
激光器 Yb∶YAG棒 热效应 解析分析 温度场分布 laser Yb∶YAG rod thermal effect analytical analysis temperature distribution
