激光二极管端面泵浦多段复合板条激光器热效应

针对激光二极管端面泵浦的多段渐变浓度复合板条激光增益介质,提出了两种选取掺杂浓度的方法,并分别计算了多段渐变浓度复合板条增益介质的热量、温度及应力分布.结果表明,与单一掺杂浓度板条增益介质相比,采用多段渐变浓度复合增益介质可显著降低增益介质内部的温度梯度及最大热应力,从而提高了激光器整体的损伤极限泵浦功率,有利于激光器的功率升级.     

激光二极管端面泵浦Yb∶YAG薄片激光器的热效应

通过激光二极管端面泵浦Yb∶YAG薄片工作特点分析,建立了符合实际情况的热模型.热模型考虑了介质薄片具有端面绝热、周边恒温冷却、后端面镀膜达到充分利用泵浦光能量等特点.分析并建构了Poisson方程新的求解方法,得出了Yb∶YAG薄片内部温度场以及泵浦端面热形变场的一般解析表达式.理论研究结果表明:若激光二极管泵浦功率为20 W、耦合到薄片泵浦面的泵浦光高斯半径为250 μm时,长度3 mm、半径1.5 mm的5.0at.%Yd:YAG薄片泵浦端面的最高温升为44.5℃,最大热形变量为0.83 μm.     

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。     

激光二极管阵列端面抽运复合棒状激光器热效应的有限元法分析

建立了激光二极管阵列(LDA)端面抽运棒状激光介质的数值模型.考虑到介质与空气的对流换热和介质的热力学参数随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限元法得出了复合棒状介质和未复合棒状介质内瞬态温度、热应力和应变的时空分布,分析了温度、热应力和应变随抽运功率、换热系数和时间的变化规律.结果表明,复合棒的最高温度、最大张应力和最大轴向应变的位置与未复合棒不同,并且数值分别为未复合棒的73%,60%和33%.由此可知,利用复合棒可极大地减小热效应的影响.理论分析结果可为LDA抽运固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考.     

激光二极管bar侧面泵浦Nd：YAG激光器热效应研究

从不同侧面泵浦方式的泵浦光强分布出发．依据热传导方程．求解出棒状激光晶体内的温度分布．计算出不同泵浦分布时的理论热透镜焦距．并进行热透镜实验。理论分析和实验表明，随着泵浦方向的增多，晶体内泵浦光强和温度分布越接近于轴向对称分布，热透镜更接近球面透镜。     

激光二极管bar侧面泵浦Nd∶YAG激光器热效应研究

从不同侧面泵浦方式的泵浦光强分布出发,依据热传导方程,求解出棒状激光晶体内的温度分布,计算出不同泵浦分布时的理论热透镜焦距,并进行热透镜实验。理论分析和实验表明,随着泵浦方向的增多,晶体内泵浦光强和温度分布越接近于轴向对称分布,热透镜更接近球面透镜。     

激光二极管端面泵浦的单频固体激光器的理论研究

给出了激光二极管端面泵浦的驻波激光器单频运转时的最大泵浦功率与腔参数和激光介质参烽之间的简单函数关系，对于单频激光器的设计具有实际指导意义。     

激光二极管阵列侧面泵浦薄片激光器的热效应

建立了激光二极管阵列快轴垂直于薄片表面、对快轴压缩、环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型。依据激光二极管阵列的输出光束特性,运用有限元法,得出了薄片内的泵浦光、温度和热应力分布。分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明：热破坏主要为复合面外侧的拉伸破裂;温度和应力的上升时间和恢复时间随泵浦功率的变化不明显,随换热系数的增大而减小,存在一个最佳的换热系数;考虑热力学参数温度相关性的稳态温度和应力要大于不考虑热力学参数温度相关性时的值。     

LD端面泵浦Nd:YAG激光器热效应研究

考虑晶体特性参量如热导率、热折射率梯度以及热膨胀系数等随温度变化的影响,通过求解热流方程给出了LD纵向泵浦Nd:YAG激光器激光介质的热透镜和热负荷比测量的表达式,分析了影响热负荷比测量的因素,对以前报道的热负荷比实验测量值与理论值存在的差别给予解释,理论分析与以往的实验结论相符.     

LD端面泵浦矩形Nd:YVO_4晶体的热效应研究

建立了矩形激光晶体的热传导模型。通过充分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的热传导,建立了更为合理的边界条件。利用有限元差分法求解泊松方程,得到激光晶体内温度和温度场分布。研究结果表明,在考虑晶体的侧面对流和端面导热的情况下,得出了更符合实际的晶体温度场分布,计算的热焦距与实验测量结果更为吻合。     

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.     

LD侧面抽运板条激光器热效应分析

针对板状Nd:YLF激光介质,在高斯光束抽运情况下,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,对激光介质中各点的温度和应力分布进行了分析和比较.研究发现双侧抽运与单侧抽运相比,更易获得对称的温度分布,随着抽运光斑横截面变大,抽运面中心温度变低.同时得到板条的棱边、端角处存在较大热应力,且引入的机械应力不可忽视,因此,激光器运转时此区域需防止断裂.     

激光二极管端面抽运Nd:YVO4板条激光器及其热效应

激光器中激光介质采用板条状几何结构可以极大地降低它的热效应,但仍然需要进一步分析其影响,进而优化激光器效率.利用有限元分析方法分析了部分端面抽运的混合腔板条激光器中激光介质的热效应,计算的热透镜焦距与实测结果基本相符.分析了热效应对模式匹配的影响,分析结果对于优化激光器效率、改进谐振腔设计具有一定的参考价值.并在分析的基础上进行了混合腔实验,抽运功率为110 W时,获得连续输出激光功率41.5 W,光光转换效率约38%,斜效率达58.8%,M2因子为非稳腔方向M2x＝1.59,稳定腔方向M2y＝1.55.     

端面抽运方形复合YAG温度场及热透镜研究

采用数值方法研究了方形截面复合Nd∶YAG激光晶体棒在端面抽运情况下的温度分布及热透镜效应,得到复合激光晶体内温度场的数值解和径向温度梯度引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦT(r),并与同条件下普通晶体的结果进行了比较.结果表明,吸收系数越大,两种晶体中最高温度相差也越大.采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,同时减小端面形变造成的透镜效应.复合晶体的ΔΦT(r)与普通晶体相似,且不满足对半径r的二次方关系.在rwp时,ΔΦT(r)相对于参考球面透镜的相位畸变Δφ随r的增大而急剧增大.     

大口径LD泵浦的激光放大器热沉积特性

 通过分析LD阵列端面泵浦片状放大器的工作特点，建立了对增益介质Nd:YLF进行热特性研究的有限元模型。针对泵浦能量空间均匀分布、高斯分布、超高斯分布三种情况，计算出了LD泵浦功率56 kW，脉冲宽度520 μs，重复频率10 Hz状态下晶体瞬时3维温度和热应力分布。研究结果表明：由于脉冲工作方式，晶体各节点温度随时间呈锯齿形变化，经过一段时间后吸热和冷却效果达到平衡，介质温度呈周期性变化；在相同泵浦峰值功率条件下，超高斯泵浦能量分布引起的温升和热应力最小，其最大值分别为103.3 ℃和47.6 MPa；有效泵浦功率密度达到10 kW/cm²量级时，介质极可能发生热致断裂。     

Thermal effects in high-power Nd:YAG disk-type solid state laser

An investigation of thermal effects in a high-power Nd:YAG disk-type solid state laser pumped with different pump beam transverse profiles is carried out by numerical simulation based on the finite element method (FEM). Impact of the heat sink on the thermal effects is included in the simulation. The distribution of first principle stress, thermally induced birefringence, including the distribution and variation of the birefringence loss, are studied. The characteristics of the phase variation are analyzed with consideration of the temperature gradient, deformation, strain and thermal stress. Thermal lensing is explored as a function of pump power and of the radius pumped with different pump beam transverse profiles. The non-parabolic part of optical phase distortion is simulated. Furthermore, the characteristics of the bi-focus of the disk laser are also studied. Experiments on the maximum tensile stress distribution and depolarization loss are carried out. The presented calculations are in qualitative agreement with the experimental observations.     

温度对高功率半导体激光器阵列“smile”的影响

用数值模拟与实验测试相结合的方法,研究了温度对"smile"的影响.利用有限元方法分别模拟计算了半导体激光器芯片键合及工作过程中激光器芯片中的热应力,模拟中假设激光器芯片的弯曲仅由热应力引起;计算结果表明,激光器芯片有源区的热应力随工作温度的升高而减小,由热应力导致的芯片的弯曲随温度升高而减小.实验结果表明,对于具有相同芯片、同一封装形式、同批次的器件,"smile"随温度的升高有增大或减小的趋势,这与封装前裸芯片的弯曲形态及封装热应力的综合作用有关;若封装前裸芯片为相对平直的或凸的,则封装后激光器的"smile"将随温度升高而减小;若封装前裸芯片为凹的,封装后的激光器芯片仍为凹的,则"smile"随温度升高而增大.     

Spatial and temporal thermal analysis of acousto-optic deflectors using finite element analysis model

Thermal effects greatly influence the optical properties of the acousto-optic deflectors (AODs). Thermal analysis plays an important role in modern AOD design. However, the lack of an effective method of analysis limits the prediction in the thermal performance. In this paper, we propose a finite element analysis model to analyze the thermal effects of a TeO₂-based AOD. Both transducer heating and acoustic absorption are considered as thermal sources. The anisotropy of sound propagation is taken into account for determining the acoustic absorption. Based on this model, a transient thermal analysis is employed using ANSYS software. The spatial temperature distributions in the crystal and the temperature changes over time are acquired. The simulation results are validated by experimental results. The effect of heat source and heat convection on temperature distribution is discussed. This numerical model and analytical method of thermal analysis would be helpful in the thermal design and practical applications of AODs.