全腔水冷輻射板條固體激光熱效應(yīng)及被動(dòng)調(diào)Q特性研究.pdf

1、高功率固體激光器以體積小、可靠性強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高等著稱，已被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)加工等多個(gè)領(lǐng)域。其中，相比較于棒狀固體激光器，板條狀固體激光器能夠獲得具有更高光束質(zhì)量的光，更高的輸出功率以及更高的效率，一直以來(lái)都深受人們的關(guān)注。
　　固體激光器工作時(shí)，會(huì)有相當(dāng)大的一部分泵浦光轉(zhuǎn)化為熱滯留在激光介質(zhì)內(nèi)，使其溫度升高。而對(duì)激光介質(zhì)的冷卻，通常為外部冷卻，這樣將會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)內(nèi)溫度不均勻分布的現(xiàn)象，溫度的不均分布和因其產(chǎn)生的熱應(yīng)力都將會(huì)

2、引起一系列熱效應(yīng)問(wèn)題。因此，對(duì)激光介質(zhì)的溫度及應(yīng)力等的分布狀況進(jìn)行研究是很有必要的。本課題采用氙燈泵浦8板條輻射狀激光增益介質(zhì)（8個(gè)板條呈“米”字型排列），能有效增加泵浦面積和激光介質(zhì)的散熱面積，這樣既能夠有效提高激光器的轉(zhuǎn)換效率又能有效減弱其熱效應(yīng)。同時(shí)，為了提高輸出光的峰值功率，擴(kuò)大激光器應(yīng)用范圍，本課題加入了被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)。
　　本文主要研究的內(nèi)容包括激光介質(zhì)溫度及熱應(yīng)力分布的理論分析及數(shù)值模擬，被動(dòng)調(diào) Q的相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)研究

3、，激光器聚光腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：
　　（1）給出了本課題研究的背景、意義，總結(jié)概述了板條狀固體激光器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，概括闡述了板條狀激光介質(zhì)熱效應(yīng)的相關(guān)問(wèn)題及一些制冷方式，并對(duì)被動(dòng)調(diào)Q激光器的研究概況做了簡(jiǎn)單總結(jié)。
　?。?）簡(jiǎn)單介紹了溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的描述等問(wèn)題，理論研究了輻射板條激光介質(zhì)的熱分析問(wèn)題，并通過(guò)運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)輻射狀板條激光介質(zhì)在不同條件下的溫度及熱應(yīng)力分布做了有限元模擬分析，并最后給

4、出了實(shí)況下激光介質(zhì)的溫度及應(yīng)力分布的有限元模擬結(jié)果。
　　（3）闡述了被動(dòng)調(diào)Q的基本原理，被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+:YAG的基本性質(zhì)、光譜特性、能級(jí)結(jié)構(gòu)及可飽和吸收特性，給出了晶體Cr4+:YAG被動(dòng)調(diào)Q的速率方程，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析，最后利用速率方程對(duì)調(diào) Q激光輸出特性進(jìn)行相關(guān)求解和分析。
　?。?）對(duì)輻射板條激光器的聚光腔部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了輻射板條激光器的自由運(yùn)轉(zhuǎn)。利用矩陣光學(xué)理論并借助MATLAB軟件分析了光斑聚