高功率鈦寶石激光系統(tǒng)熱效應的研究.pdf

1、高功率鈦寶石激光系統(tǒng)使強場物理以及許多科學研究成為可能,但是隨著激光系統(tǒng)能量的升高,增益晶體的熱效應變得越來越明顯,這不但會增大脈沖波前畸變,也會對晶體和光路中的其他光學元件構成威脅,因此研究晶體的熱效應已經成為大型激光器設計中的重要工作之一。
　　 本論文選題來源于國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)項目(2007CB815100)和國家自然科學基金委資助項目,旨在研究高功率鈦寶石激光系統(tǒng)中熱效應的產生機理及其對輸出脈沖空間光斑

2、尺寸和波形的影響,并采用液氮冷卻方法對激光輸出進行改造,主要包括對冷卻前后晶體溫度場和輸出脈沖波形的理論分析、數值模擬和實驗探測。具體研究內容、方法和結果如下:
　　 1、分析了單次脈沖和多重復頻率泵浦時的含時熱傳導方程,并給出了單次脈沖泵浦下晶體溫度場的解析表達式；對幾種常見的熱效應及其對介質折射率的影響進行了概述,推導出熱效應對光束傳輸方程影響的具體表達形式；引入了光線矩陣以表達光學元件和傳輸介質對光脈沖的影響,并給出了光束

3、經過光學元件或傳輸介質的Collins衍射公式,為數值模擬和實驗探測提供了理論依據。
　　 2、通過求解熱傳導方程計算出了鈦寶石晶體溫度場隨時間空間演化的趨勢,討論了泵浦光重復頻率和能量對熱穩(wěn)定后晶體溫度的影響；通過對帶有熱效應項的光束傳輸方程的計算,得出了熱效應影響下光脈沖的空間分布,討論了輸出光束質量(包括光斑半徑、脈沖強度和輸出能量)以及熱透鏡焦距隨泵浦能量的變化；明確了泵浦脈沖重復頻率與晶體熱遲豫時間的關系是熱效應是否存