熱容DPL激光介質(zhì)熱效應(yīng)及激光特性研究.pdf

1、熱容激光器激光發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的熱量儲(chǔ)存在激光介質(zhì)中，激光介質(zhì)不冷卻，冷卻周期內(nèi)再將這些熱量排除。熱容管理模式造成激光介質(zhì)與傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)主動(dòng)冷卻方式有著不同的溫度、應(yīng)力特性及不同的激光輸出特性。通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法，對(duì)熱容激光器的發(fā)射過程中激光輸出特性和激光介質(zhì)的熱力學(xué)特性進(jìn)行研究，掌握熱容激光器工作的基本規(guī)律，為熱容激光器的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)提供重要的參考，為熱容激光器的進(jìn)一步發(fā)展提供必要支持。 對(duì)Nd：YAG和Nd：GGG

2、晶體進(jìn)行了簡要地介紹。Nd：YAG在光學(xué)特性、熱性能和機(jī)械特性等方面具有很大優(yōu)勢，但無法獲得更大尺寸的晶體，限制了其在熱容激光器中的進(jìn)一步應(yīng)用。Nd：GGG的熱力學(xué)特性和Nd：YAG有一些差距，可是有著遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于釹玻璃的機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，而且可以獲得大尺寸，在熱容激光器的進(jìn)一步發(fā)展中具有非常大的吸引力。 建立了描述熱容激光輸出特性的理論模型，給出了輸出功率隨激光介質(zhì)溫升及激光發(fā)射時(shí)間的變化關(guān)系。數(shù)值模擬研究結(jié)果表明：摻雜0.6at

3、.％的Nd：YAG激光介質(zhì)的溫度從300K升高到400K過程中，閾值功率密度從2.6W/cm3增加到33.6W/cm3，輸出功率下降7％；摻雜0.6at.％的Nd：GGG激光介質(zhì)從300K升高到400K過程中，閾值功率密度從2.3W/cm3增加到29W/cm3。 為討論激光介質(zhì)溫度、熱應(yīng)力的分布和變化，建立了激光介質(zhì)熱力學(xué)計(jì)算模型。該模型從激光介質(zhì)的瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程出發(fā)，首先得到沿縱向的熱沉積功率密度，將其作為該微元段的熱載荷加

4、載到該微元段的泵浦區(qū)?？紤]熱容值、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和彈性模量等與溫度的關(guān)系，得到激光介質(zhì)的溫度分布和變化，以及熱應(yīng)力的分布和變化。對(duì)Nd：YAG和Nd：GGG晶體的熱力學(xué)特性數(shù)值模擬，得到了不同泵浦條件下的溫度場和應(yīng)力場，確定了熱容激光器的熱力學(xué)工作條件。。 介紹了350W的Nd：YAG熱容激光器實(shí)驗(yàn)裝置，和1380W的Nd：GGG熱容激光器實(shí)驗(yàn)裝置。測量了不同占空比情況下的輸出功率，占空比越高輸出功率隨時(shí)間下降的越快，與數(shù)值