脉冲激光二极管侧面抽运Nd激光器晶体时变热效应.pdfVIP

第 58 卷 第 3 期 2009 年 3 月 物 　理 　学 　报 Vol . 58 ,No . 3 ,March ,2009 ( ) 10003290200958 03 170009 ACTA PHYSICA SINICA 2009 Chin . Phys. Soc . 脉冲激光二极管侧面抽运 Nd ∶YA G 激光器 晶体时变热效应 宋小鹿 　过 　振 　李兵斌 　王石语 　蔡德芳 　文建国 ( 西安电子科技大学技术物理学院 , 西安 　710071) (2008 年 7 月 2 日收到 ;2008 年 8 月 12 日收到修改稿) 　　采用数值计算的方法 ,对脉冲激光二极管三向侧面抽运固体激光器中 ,激光晶体的温度场时变分布进行了计 算. 分析了三向侧面抽运情况下晶体内光强分布 ,在此基础上 ,采用有限元法 , 以脉冲激光二极管侧面抽运 Nd ∶ YAG激光器为例 ,对单脉冲过程中晶体温度分布及其影响因素进行分析. 结果表明 , 晶体升温过程受到抽运条件 以及散热条件的影响 ,但是主要受到抽运条件即抽运光强度和光束半径的影响 , 降温过程受到晶体热物性参数和 晶体半径以及散热条件的影响. 当晶体温度达到周期性分布后 , 由于晶体径向温度梯度的周期性变化 , 引起通过 晶体的平面光波的中心和边缘光线相对光程差也随时间作周期性变化. 关键词 : 激光二极管侧面抽运固体激光器 , 热效应 , 有限元法 , 时变过程 PACC : 4260 , 4255R 导致晶体中各空间位置的温度也作周期性变化. 1 引 言 本文通过数值方法求解热传导方程 ,研究脉冲 LD 侧面抽运固体激光器中 ,抽运脉冲作用期和间隔 ( ) 在激光二极管 LD 抽运固体激光器中 ,常用的 期晶体热效应时变过程及其影响因素 ;周期过程对 抽运方式有端面抽运和侧面抽运. 端面抽运方式具 晶体径向温度分布和相对光程差的影响. 有阈值低 、效率高 、横模选择能力强等优点 ,但随着 抽运功率进一步提高 , 晶体热透镜效应会使谐振腔 2 抽运光强分布 改变[ 1 —2 ] ,在高功率抽运下激光晶体的端面易受损 , 所以中小功率激光器一般采用这一抽运方式. 高功 由于量子亏损等原因 ,在激光器运转中 ,增益介 率激光器大多采用侧面抽运 ,该方式易获得较高输 质内存在热沉积 ,而散热又要求对其表面进行冷却 , 出功率 ,但侧面抽运下 ,抽运光和激光振荡模通常不 两者使激光晶体 内部产生不均匀的温度分布[4 ,5 ] . 易良好匹配 ,往往为多模输出 , 同时抽运光分布不均 晶体内部温度分布受到抽运光空间分布 、晶体散热 匀引起较大温度梯度和热畸变 ,影响输出激光的功 系统以及晶体本身热物性参数等诸多因素的影响 , 率和光束质量[3 ] . 需要对物理模型进行简化 ,提出几点假设[6 ] : 1) 激 对于LD 侧面抽运固体激光器 ,激光晶体的温 光晶体热传导系数是随温度而变化的 ,但是当温度 度分布在很大程度上取决于激光器的运转方式 :连 变化范围不大的情况下 ,可以近似认为热传导系数 续抽运 ,单脉冲抽运和重复脉冲抽运方式. 在脉冲 为常数 ;2) 通常采用多个 LD Array 直线排列方式工 LD 侧面抽运 Nd