第三类热边界条件对激光晶体热效应的影响

以各向异性半解析热分析理论为基础,研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体在有第三类热边界条件工作时,激光晶体温度场分布和晶体抽运面热形变分布.通过激光晶体工作特点分析,建立符合激光晶体工作状态的热模型.利用各向异性介质热传导方程的半解析求解方法,得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、端面热形变场的通解表达式.研究结果表明:当使用输出功率为15 W半导体激光器端面中心入射Nd:YVO4晶体(晶体掺钕离子质量分数为0.5%)时,在抽运端面中心获得499.5 K最高温度和0.99 μm最大热形变量.和将第三类热边界条件近似为第二类热边界条件的通用做法相比更准确.这种方法可以应用到其它激光晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据.     

端面抽运激光晶体热形变及温度场分布研究

用有限元方法研究了端面抽运Nd∶YAG激光器中激光晶体的温度和端面热形变分布规律.研究表明,激光晶体的端面热形变分为端面伸长形变和鼓出形变两种,晶体的热形变透镜效应是由鼓出形变引起的.在端面抽运的Nd∶YAG晶体中采用第三类热传导边界条件,实验测量了晶体的端面伸长和端面鼓出形变,结果与理论分析相一致.     

激光二极管抽运Nd:YVO4晶体的三维热效应分析

针对激光二极管抽运的以Nd:YVO4板条晶体为增益介质的激光器件,基于有限容积法数值分析各向异性介质的热传导方程,给出了Nd:YVO4晶体板条结构的热分布数值模型,并分别模拟仿真了808nm半导体激光器双端端面抽运,大面均匀抽运,大面周期分布抽运三种抽运结构,得到了Nd:YVO4板条晶体在这三种抽运结构下的非稳态时不同时刻的温度曲线和稳态时的三维温度分布切面图.     

基于对流传热模型的LD端面泵浦圆形激光晶体的热效应研究

通过对半导体端面泵浦棒状Nd∶YAG晶体的热效应进行了理论分析,研究了端面抽运圆形截面激光晶体内部温度场,建立了符合条件的激光晶体热模型。考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热,以及晶体端面与外界非绝热边界条件,从而建立更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体的温度分布场。研究结果表明,考虑端面的对流传热后,计算的晶体中心温度降低,而相应的热焦距稍有增加;空气传热系数增加时,晶体中心温度明显降低,热焦距显著增加,减弱了晶体热效应。     

激光工作物质

TN2442007010162YVO4-Nd∶YVO4复合晶体热效应研究=Thermal effect ofYVO4-Nd∶YVO4composite laser crystals[刊,中]/李隆(西安建筑科技大学理学院.陕西,西安(710055)),史彭…//光学精密工程.—2006,14(5).—786-791在全固态激光器中使用了复合结构的激光晶体,通过端面泵浦复合晶体工作特点分析,提出了矩形截面复合晶体热分析模型。在热模型中,考虑了复合晶体具有轴向加热、周边恒温,耦合后的泵浦光束具有高斯分布的特点,利用热传导方程,得出了YVO4-Nd∶YVO4复合晶体内部温度场及端面热形变的一般解析表达式。研究结果表明,在相…     

不同激光分布下Nd∶GdVO4晶体热焦距分析

为了研究方形激光晶体Nd∶GdVO4在超高斯泵浦光分布下的热效应,采用半解析的分析方法,进行了理论分析和实验验证.结果表明：当使用输出功率为15 W的半导体激光器端面中心入射时,在抽运端面中心获得1.38 μm最大热形变量（超高斯阶次为2时）和220 mm的热焦距（超高斯阶次为5时）.     

高功率半导体激光端面泵浦方形掺Nd3+离子激光晶体热形变研究

为了解决高功率半导体激光器端面泵浦激光晶体引起的热效应问题，激光晶体泵浦端面的热形变必须进行准确的计算.通过对于全固态激光器中激光晶体的工作特点分析，建立了矩形截面激光晶体热分析模型.基于热传导方程，提出了泊松方程的一种新解，并获得了矩形截面激光晶体端面热形变分布的一般解析表达式.同时讨论了半导体激光器偏心泵浦激光晶体给端面热形变带来的影响.与有限元分析方法以及其他数值分析方法相比，解析分析方法不会给计算引入任何的误差.热形变的解析分析为解决激光晶体的热效应问题以及提高激光器的性能提供了理论的依据.     

基于侧面热对流的LD泵浦Yb:KGd(WO4)2热透镜效应研究

基于对LD端面泵浦Yb∶KGW激光晶体工作特点的分析,建立了符合条件的激光晶体热模型.考虑晶体侧面的热对流,运用MATLAB和FORTRAN软件,通过有限差分法求解各向异性介质热传导方程,得到了该晶体的温度场分布、端面热形变分布和不同泵浦功率下的热焦距.结果表明:在泵浦功率为14 W时,泵浦面最高温度达272.8℃、最...     

端面泵浦双Nd∶YVO_4激光器中热效应对腔稳定性的影响

利用多个激光晶体串接方式可以提高固体激光器的输出功率 发展双Nd∶YVO4 晶体激光器 ,将晶体的端面镀膜作为谐振腔的端面镜 ,构成了平行平面谐振腔 对平行平面谐振腔的等效腔进行了理论分析 ,结果表明激光晶体吸收泵浦光产生的热透镜效应对保持腔的稳定性起到了重要的作用 在国内首次进行了双端泵浦双Nd∶YVO4 激光器的实验研究 ,在抽运功率为 2 0 .74W时获得了 11W的 10 6 4nmTEM0 0 模激光输出 ,其光 光转化效率约为 5 3% 并且对于不同掺杂浓度下的实验结果进行了讨论     

采用解析法对Nd:YAG单晶光纤的温度场研究

采用解析法对Nd:YAG单晶光纤激光器热效应相关的光纤温度场分布进行研究。建立了Nd:YAG单晶光纤热模型,在单晶光纤所满足的边界条件下通过解析求解热传导方程,得到在高功率808 nm泵浦光抽运下产生946 nm激光的单晶光纤温度场分布,并与传统Nd∶YAG激光晶体的温度场进行比较,然后分别与同泵浦条件下的有限元数值方法的分析结果进行研究对比,最后分析泵浦光参数、单晶光纤参数等对温度场的影响。结果表明,功率为86 W的泵浦光入射至单晶光纤端面的最高温升仅为30.98℃,明显优于同泵浦条件下传统Nd∶YAG晶体的端面温升结果94.37℃,与有限元数值法得到的Nd:YAG单晶光纤19℃温升结果相比,该解析法结果更接近于实验的测量值31℃,能够更精确描述晶体光纤温度场。本文可对单晶光纤激光器热效应的精确研究提供一定参考,进而有利于提高单晶光纤激光器的性能。     

Theoretical analysis and experimental research on thermal focal length of a YVO4/Nd:YVO4 composite crystal

This paper investigates the temperature field distribution and thermal focal length within a laser diode array (LDA) end-pumped YVO4/Nd:YVO4 rectangular composite crystal. A general expression of the temperature field distribution within the Nd:YVO4 rectangular crystal was obtained by analysing the characteristics of the Nd:YVO4 crystal and solving the Poisson equation with boundary conditions. The temperature field distributions in the Nd:YVO4 rectangular crystal for the YVO4/Nd:YVO4 composite crystal and the Nd:YVO4 single crystal are researched respec- tively. Calculating the thermal focal length within the Nd:YVO4 rectangular crystal was done by an analysis of the additional optical path differences (OPD) caused by heat, which was very identical with experimental results in this paper. Research results show that the maximum relative temperature on the rear face of the Nd:YVO4 crystal in the composite crystal is 150 K and the thermal focal length is 35.7 mm when the output power of the LDA is 22 W. In the same circumstances, the experimental value of the thermal focal length is 37.4 mm. So the relative error between the theoretical analysis and the experimental result is only 4.5%. With the same conditions, the thermal focal length of the Nd:YVO4 single crystal is 18.5 mm. So the relative rate of the thermal focal length between the YVO4/Nd:YVO4 crystal and the Nd:YVO4 crystal is 93%. So, the thermal stability of the output power and the beam quality of the YVO4/Nd:YVO4 laser is more advantageous than the laser with Nd:YVO4 single crystal.     

Semianalytical analysis of thermal effect in LD double-side-pumped rectangular laser crystal

A semianalytical method to analyze the thermal effect in a LD double-side-pumped rectangular laser crystal is put forward. Through the analysis of working characteristics of the laser crystal, a thermal model that matches actual situations of the laser crystal is established. General expressions of temperature field and thermal distortion field in the laser crystal can be obtained by a novel method to solve the heat conduction equation of orthotropic material. This semianalytical method can be used to calculate the temperature field and thermal distortion field in other LD double-side-pumped laser crystals and is applied to Nd:YVO₄ crystal in detail in this paper, and two methods of effectively reducing thermal distortion in the laser crystal are offered. Results show that a maximum temperature rise of 362.2 °C and a maximum thermal distortion of 5.55 μm are obtained in Nd:YVO₄ crystal when the output power of the two laser diodes are both 30 W. When the off-center distance is 0.6 mm, the maximum thermal distortion is reduced by 37.7%; when the thickness of the crystal is reduced from 2.0 mm to 1.4 mm, the maximum thermal distortion is reduced by 31.7%. Results in this paper can offer theoretical base for better solving thermal problems in laser system.     

Experimental Investigation of Thermal Lensing in End-pumped Nd:YVO4 Crystal Using a New Simple Approach

The stability of linear planar resonators involved in solid-state lasers is entirely decided by the thermal lens of the laser crystal. There exists a critical point between stable state and unstable state at which the thermally focusing point falls on the surface of one end mirror. Based on this fact, a new method for measuring the thermal focal length has been presented, and applied to three different Nd3+-doped (2%, 0.8%, and 0.5% ) Nd∶YVO4 crystals at various absorbed pump power levels up to 10 W, the results show a good agreement with those of theoretical calculation. It also indicates that the thermal lensing is strongly dependent on the Nd3+-doped concentration, and is affected by crystal surface temperature, especially in the situation of weak thermal lensing.     

激光二极管端面纵向泵浦Nd:YVO_4激光器的热效应研究

针对激光二极管端面纵向泵浦Nd:YVO4激光器,本文理论和实验详细研究了Nd:YVO4晶体的热透镜效应。在激光二极管的中心波长分别为808nm和880nm及分别采用单端端面纵向泵浦和双端端面纵向泵浦结构情况下,实验测量了Nd:YVO4晶体的热透镜焦距,实验结果和理论预测基本吻合。同时在泵浦功率60W时获得了18.8W的连续基横模激光输出。     

激光二极管直接耦合泵浦的高效率Nd：YVO4／KTP腔内倍频激光器

使激光二极管的发光光面紧贴Ｎｄ：ＹＶＯ４激光晶体，“面对面”直接耦合泵浦，采用ＫＴＰ晶体腔内倍频，在５０３ｍＷ的泵浦功率下，获得５３２ｎｍ基横模绿光输出约７３ｍＷ，光光总体转换效率为１４．５％。     

掺Nd锆石类激光晶体的Raman光谱研究

测量了Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4两种激光晶体的高温拉曼光谱.根据空间群理论指认了测定的特征谱线,依据晶格动力学理论导出了晶体热导率与积分拉曼散射强度的关系.计算了不同方向的晶体热导率,得到了与实验符合的结果.把Nd∶GdVO4晶体的高热导率归因于授主离子的质量和半径的增大,以及由此导致的晶体场效应的显著增强. 关键词： Raman光谱 激光晶体 热导率 空间群     

LD抽运的折叠腔Nd∶YVO4/KTP倍频红光激光器

对LD端面抽运的Nd∶YVO₄/KTP腔内倍频激光器的三镜折叠腔结构进行优化设计,研究了总腔长、输入镜曲率半径和Nd∶YVO₄和KTP晶体的热效应对激光谐振腔的稳定区域、Nd∶YVO₄晶体内基模光束半径的影响。实验结果表明:该方法所得出的结论与理论相吻合。在实验中比较了折叠腔不同折叠角度的红光输出功率,并获得了最佳折叠角度为25°,其有效倍频效率为10.8%。最后使用基频光的偏振特性与KTP的相位匹配之间的关系对实验结果进行理论解释。