单掺铥固体激光器热效应研究进展与理论分析

随着中红外2μm波段固体激光器在工业、医学、军事和科学研究等领域中的不断扩展,其研究的重要性越来越明显。单掺铥固体激光器的输出波长恰好处于2μm附近,因此成为人们研究的热点方向,但单掺铥晶体由于发射截面小,上转换、重吸收效应严重等原因导致其热效应明显,严重影响了激光器的输出性能,使激光器的发展受到严重限制。因此研究激光晶体中的热效应对激光器性能的提升具有重要意义。本文综述了自研究热效应以来国内外基于各种基质的单掺铥固体激光器的热效应的研究成果,同时对固体激光器热透镜效应的热传导理论以及对热透镜效应的发生环境和形成条件有影响的因素进行阐述和分析。最后针对分析过程中所涉及的热功率密度,光强等参数进行讨论,为热透镜效应的热焦距计算和测量奠定了良好的理论基础。

脉冲激光二极管双端抽运Tm:YAG棒瞬态热效应分析

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。