藍(lán)光固體激光器的熱效應(yīng)問題和溫度控制.pdf

1、目前，激光領(lǐng)域中藍(lán)光固體激光器由于自身具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，加上其在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景而倍受關(guān)注。但目前輸出功率達(dá)到瓦級(jí)水平的藍(lán)光激光器的技術(shù)還不夠成熟，因而進(jìn)行這方面的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本論文的課題是研制瓦級(jí)藍(lán)光固體激光器。由于影響藍(lán)光激光器工作性能的最主要的一個(gè)因素就是其晶體的工作溫度，本文就藍(lán)光固體激光器工作晶體的熱效應(yīng)問題進(jìn)行探討，并介紹了激光晶體溫度控制器的設(shè)計(jì)。 本文首

2、先介紹了產(chǎn)生473nm藍(lán)光的原理。通過半導(dǎo)體激光器輸出的808nm紅外激光作為泵浦光，泵浦Nd：YAG晶體。Nd：YAG晶體產(chǎn)生4F3/2向4I9/2的準(zhǔn)三能級(jí)躍遷，輸出946nm的紅外光作為基波。輸出基波再通過一塊倍頻晶體LBO使946nm的激光頻率翻倍變?yōu)?73nm，從而產(chǎn)生藍(lán)光輸出。 接著重點(diǎn)討論了溫度對(duì)這兩塊晶體工作性能的影響。Nd：YAG晶體要產(chǎn)生準(zhǔn)三能級(jí)躍遷所需要的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件需要較低的溫度。而且Nd：YAG晶體由

3、于工作中不可避免地吸熱會(huì)引起晶體的中心與晶體周圍的溫度分布不均勻從而產(chǎn)生熱效應(yīng)。對(duì)腔體設(shè)計(jì)來說，此時(shí)晶體等效為一個(gè)透鏡。LBO屬于非線性光學(xué)晶體，當(dāng)有光波通過時(shí)，晶體也會(huì)對(duì)光場(chǎng)吸收，造成溫度升高，LBO晶體由于其匹配角是其溫度的函數(shù)，從而導(dǎo)致LBO晶體的倍頻效率也受溫度影響。 然后介紹了針對(duì)藍(lán)光激光器兩塊工作晶體的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)介紹包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括以下幾個(gè)小部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制器、溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷器的功率

4、驅(qū)動(dòng)模塊、參數(shù)存儲(chǔ)器、LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片和輸出電壓監(jiān)控部分。軟件采用PID控制算法，根據(jù)實(shí)際溫度與設(shè)置溫度的偏差量來控制半導(dǎo)體制冷器的驅(qū)動(dòng)電流，PID算法的三個(gè)控制參數(shù)需要在實(shí)際調(diào)試中進(jìn)行整定，以達(dá)到良好的控制效果。 最后對(duì)Nd：YAG晶體的閾值電流與溫度的關(guān)系、LBO晶體的匹配角度與溫度的關(guān)系和熱透鏡焦距進(jìn)行測(cè)量。得出結(jié)論，Nd：YAG晶體的閾值電流隨晶體溫度降低而降低，LBO晶體在匹配溫度上具有最大的輸出功率，而Nd：YA