偏振多通道相机研测二维热形变场

研制了偏振多通道相机，并采用该相机进行激光散斑照相，对高温动态热形变场进行了研测，拍摄一张散斑图可得到物体在热形变过程中各瞬志热形变场的二维信息。通过滤波技术可再现各瞬时热形变场的分布情况及其变化情况。

偏振扫描相机测量二维动态热形变场

提出了利用偏振扫描相机进行激光散斑照相，研测了物体的二维热形变场。全部动态过程的信息可记录在同一张散斑图上，且在全场滤波时可连续再现热形变物体的二维变形信息。

全固态激光器中掺Nd^(3+)离子激光晶体热效应的研究

激光晶体吸收激光二极管的泵浦光能量 ,产生激光振荡的同时有相当一部分泵浦光能量会转变为激光晶体的热量并耗散在晶体内 ,产生的热效应严重影响到激光器的性能和品质。通过对于激光晶体端面泵浦方式的分析 ,利用半解析热分析方法得出了晶体内部温度场和热形变场的计算方法 ,并对几种典型的掺Nd3 + 离子晶体的温度场和端面热形变场及其产生差异的原因进行了定量分析。研究方法和得出结果可以应用到内有热源、具有轴对称形式的模型中 。

LD端面抽运长方形激光晶体的热效应

通过对二极管激光器端面抽运激光晶体工作特点的分析,提出了长方形激光晶体热模型。在热模型中考虑了激光晶体具有沿轴向对称加热、周边恒温等特点。利用热传导方程得出了激光晶体内部温度场和端面热形变场的一般解析表达式。研究结果表明,若使用输出功率为18W的二极管激光器端面抽运Nd:YVO4晶体(钕离子掺杂质量分数为0.5%),抽运光斑为0.4mm时,长方形激光晶体抽运端面具有267.6℃的最大温升和发生6.2μm的最大热形变量。对激光晶体产生的温度场和端面热形变场的研究为解决晶体热透镜效应、提高激光器的性能起指导作用。

激光二极管端泵平板Nd:YAG、Nd:YVO_4和Nd:GdVO_4晶体热效应比较

以解析热分析理论为基础,建立了平板Nd:YAG、Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶体在激光二极管阵列端泵抽运时的导热微分方程。通过方程求解,得到三种晶体内部温度场和热形变分布的解析式。温度场和热形变场的数值模拟表明:当泵浦光功率Po=30 W、泵浦区域为0.5 mm×0.5 mm时,三种激光晶体的一维温度场、二维温度场分布和热形变量有较大差异。通过对比三种激光晶体的温度分布、相对温升和热形变量,得到了Nd:GdVO4晶体作为中小功率激光晶体是优于Nd:YVO4和Nd:YAG两种晶体的,而Nd:YVO4又优于Nd:YAG晶体。温度场和热形变量数值模拟的结果也可为激光器谐振腔的设计及热效应的消除提供理论依据。

圆棒Nd:glass热容激光器的热过程半解析分析

建立了基于Nd:glass热容激光器的热传导模型,利用半解析热分析理论,对于给定的边界条件和初始条件,分别求解出泵浦阶段和冷却阶段时圆棒Nd:glass晶体的Poisson方程的解,得出圆棒Nd:glass晶体的温度场、形变场以及由端面热形变引起的热焦距、附加光程差的计算公式。研究结果表明:当泵浦总功率为2kW,4阶超高斯分布LD对Nd:glass晶体泵浦4s时,获得泵浦阶段圆棒Nd:glass晶体最高温升67.10℃,最大形变量为35.45μm,中心处附加光程差为5.677μm。冷却阶段圆棒Nd:glass晶体冷却800 s后中心最大热形变量为0.943μm。为优化热容激光器提供了理论依据。

激光二极管双侧泵平板Nd:LuVO_4晶体热效应

以解析热分析理论为基础,建立了平板Nd:LuVO4晶体在激光二极管阵列双侧泵抽运时的导热微分方程。通过方程求解,得到平板Nd:LuVO4晶体内部温度场分布的解析式及热形变分布。温度场和热形变场的数值模拟表明:当泵浦光平均功率Po=10 W、泵浦区域为1 mm×1 mm时,四组激光二极管阵列光源在三处不同位置的一维温度场、二维温度场分布和热形变量有很大差异;将三处泵浦光源位置所产生的温度分布和热形变量对比,得到了泵浦光源在位置1、2处所产生的温升和热形变量相对较小,位置3处最大。所得结论可为平板Nd:LuVO4激光器的设计及热效应消除提供理论依据。

LD端面抽运圆形截面YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

通过对半导体激光端面入射复合晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程求解方法,得出了圆形截面复合晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式。研究结果表明:当使用输出功率为18W 半导体激光器端面中心入射复合晶体 YAG-Nd:YAG 时,抽运端面中心获得91.21℃最高温升和2.53 μm最大热形变量。复合晶体可以有效降低晶体中最高温升,但是不能减少晶体端面热形变。

不同激光分布下Nd∶GdVO_4晶体热焦距分析

为了研究方形激光晶体Nd∶GdVO4在超高斯泵浦光分布下的热效应,采用半解析的分析方法,进行了理论分析和实验验证.结果表明:当使用输出功率为15W的半导体激光器端面中心入射时,在抽运端面中心获得1.38μm最大热形变量(超高斯阶次为2时)和220mm的热焦距(超高斯阶次为5时).

激光二极管端面泵浦激光棒热效应的解析研究

为了解决激光二极管端面泵浦激光棒引起的热效应问题,基于热传导理论,建构了热传导方程新的本征函数解,得出了激光棒内温度场与热形变场的一般解析表达式.该表达式不仅解决了由于棒内热流线径向假设造成的温场计算误差问题,而且解决了使用数值分析方法带来的计算精度不高的问题.研究结果表明,当激光二极管的泵浦功率为20 W、泵浦光斑高斯半径为200μm时,掺钕离子质量分数为0.5%的钒酸钇激光棒泵浦端面具有451.2℃的最高温升和3.42μm的最大热形变量.对激光棒内等温线分布状态分析可以得出,其热流线为非径向分布.与棒内热流线径向假设计算结果对比,激光棒的最高温升值减小了30%.所得结果可以用于激光谐振腔的设计,为减小激光系统的热效应问题提供了理论依据.

LD端面抽运光变半径YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

研究变半径LD泵浦YAG-Nd:YAG复合晶体在实际谐振腔中产生的温度场、形变场和晶体端面热形变场。通过与理论上在理想模型下所求解的结果比较,发现采用变高斯半径构建物理模型,实验值与理论值基本一致,打破了以往高斯半径为定值的局限性。新模型的研究结果:当输出功率为18W时,抽运端面中心获得107.99℃(d=2mm)最高温升和2.78μm(d=2mm)最大热形变量。这种新的研究方法可以更准确地应用到其它激光晶体热问题的研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。

复合YVO_4-Nd:YVO_4激光晶体的超高斯热效应研究

为了研究方形复合激光晶体YVO_4-Nd:YVO_4在超高斯抽运光分布下的热效应,采用半解析的分析方法进行了理论分析和实验验证。当使用输出功率为15W的半导体激光器端面中心入射、超高斯阶次为2时,在抽运端面中心获得175.4℃的最高温升和1.97μm的最大热形变量。结果表明,超高斯模型有更广泛的适用性,复合晶体可以有效地降低晶体中最高温升,但是不能明显减少晶体端面热形变。这一结果对解决激光系统热问题是有帮助的。

LD变半径抽运Nd∶GdVO_4晶体棒热效应

为了研究LD抽运晶体在实际谐振腔中,LD变化半径在晶体中产生的热效应,采用了理论上与理想模型下所求解的结果相比较的方法,得到了当输出功率为15W时,抽运端面中心获得199.545℃最高温升和1.33μm最大热形变量、实验值与理论值基本一致的结果。结果表明,这种新的研究方法可以更准确地应用到其它激光晶体热问题的研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。

激光二极管端面抽运圆形截面Nd∶GdVO_4晶体的热形变

以解析分析理论为基础,研究圆截面Nd∶GdVO4激光晶体受到具有高斯分布半导体激光端面中心入射时,晶体温度场分布和抽运面热形变分布情况。通过对激光二极管(LD)端面入射晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程新求解方法,得出了圆形截面Nd∶GdVO4晶体温度场分布和端面热形变场通解表达式,对比分析了圆形截面和矩形截面Nd∶GdVO4晶体的热形变。研究结果表明,当使用输出功率为15 W激光二极管端面中心入射Nd∶GdVO4激光晶体时,在抽运端面中心获得187.5℃最高温升和1.313μm最大热形变量。两种截面晶体具有相同的热形变形状,当截面尺寸不太大时,如果圆形截面晶体的半径等于矩形截面晶体半边长,最大热形变量将减少4.1%。这种方法还可以应用到其他圆形截面晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。

端面抽运矩形截面Nd∶GdVO_4晶体热效应研究

以解析分析理论为基础,研究矩形横截面Nd∶GdVO4晶体受到具有高斯分布的端面中心入射时,激光晶体温度场分布情况和晶体抽运面热形变分布情况。通过对半导体激光端面入射Nd∶GdVO4激光晶体工作特点分析,建立了符合激光晶体工作状态的热模型,利用热传导方程(泊松方程)的一种新求解方法,得出了矩形截面Nd∶GdVO4晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式,同时对影响激光晶体温度场分布的各种因素进行了定量研究。研究结果表明,当使用输出功率为15W的半导体激光器端面中心入射Nd∶GdVO4晶体(晶体掺钕离子原子数分数为1.2%)时,在抽运端面中心获得189.0℃最高温升和1.37μm最大热形变量。这种方法还可以应用到其他激光晶体热问题研究中。

激光二极管侧抽运长方形Nd:YVO_4激光晶体热分析

以解析分析理论为基础,研究长方形Nd∶YVO4激光晶体受到具有高斯分布半导体激光侧端面抽运时,晶体温度场和热形变的分布情况。通过对激光二极管(LD)侧面抽运晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用正交各向异性材料热传导方程,得出长方形Nd∶YVO4晶体温度场和热形变场通解表达式,并提出了两种有效减小晶体热形变的方法。研究结果表明,当使用输出功率为30 W的激光二极管侧面中心抽运Nd∶YVO4激光晶体时,在抽运端面中心获得240.0℃最高温升和4.73μm最大热形变量。偏心0.6 mm时,端面最大热形变量减少31.1%。晶体厚度减小30%时,端面最大热形变量减少23.5%。

LD端面抽运矩形截面YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

通过对LD端面入射复合晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程一种新求解方法,得出了矩形截面复合晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式。研究结果表明:当使用输出功率为18WLD端面中心入射复合晶体YAG-Nd:YAG(YAG部分为2mm,Nd:YAG部分掺Nd3+质量分数为1%)时,在抽运端面中心获得101.35℃最高温升(比全部掺杂Nd:YAG晶体降低了22.3%)和2.61μm最大热形变量。得出了复合晶体可以有效降低晶体中最高温升、但是不能减少晶体端面热形变的重要结论。

激光二极管双侧面抽运平板Nd：GdVO4晶体热效应

以解析热分析理论为基础,建立了平板Nd:GdVO_4晶体在激光二极管阵列双侧抽运时的导热微分方程。通过方程求解,得到平板Nd:GdVO_4晶体内部温度场分布的解析式和热形变分布。温度场和热形变场的数值模拟表明,当抽运光平均功率为10 W,抽运区域为1 mm×1 mm时,4组激光二极管阵列光源在3处不同位置的一维温度场、二维温度场分布和热形变量有很大差异;3处抽运光源位置所产生的温度分布和热形变量对比,得到了抽运光源在位置1,2处所产生的温升和热形变量相对较小,位置3处最大。

激光二极管侧面抽运平板Nd:LuVO_4晶体热效应

在解析热分析理论的基础上,建立了平板Nd:LuVO_4激光晶体在激光二极管阵列侧面抽运时的导热微分方程。通过对方程的求解,得到了Nd:LuVO_4晶体内部温度场解析式,热形变场分布、温度场和热形变场的数值模拟表明,当抽运光功率为40 W,抽运区域为1 mm× 4 mm时,晶体在x方向的最高相对温升为11.63 K.y和z方向的最高温升为11.00 K;在x,y,z三方向上的热形变量分别为0.050 μm,0.034μm和0.48μm。这一结果可为Nd:LuVO_4激光器设计提供理论支持。

半导体激光器侧面泵浦Nd:GdVO_4板条热效应研究

为了解决半导体激光器侧面泵浦Nd:GdVO_4板条激光器热透镜效应问题,用解析分析的方法研究Nd:GdVO_4板条侧泵时产生的温升以及热形变分布情况。通过半导体激光器出射泵浦光光强、激光板条镀膜结构以及工作状态的分析,建立了侧泵板条热分析模型,依据侧泵板条内热功率分布特点,推导出一种新的各向异性热传导方程求解方法,得到了侧泵Nd:GdVO_4板条温度场以及热形变场的一般解析计算表达式。并就不同泵浦光斑对Nd:GdVO_4板条热效应的影响进行了定量分析。结果表明:当使用输出功率为80W的半导体激光器侧泵掺Nd^(3+)浓度1.2atm.%的Nd:GdVO_4晶体时,泵浦面的最高温升为695.2℃,泵浦面与通光端面的最大热形变量分别为1.38μm和0.63μm。研究结果对于减小板条激光器热透镜效应影响、提高腔内振荡光的增益效率具有理论指导作用。