宽温区Yb∶YAG板条激光模块热畸变仿真研究

本文对不同冷却温度下的Yb∶YAG晶体板条激光模块高功率运转时的温度场、应力场及对应的热畸变进行了仿真分析研究。结果显示,随着冷却温度从300K降低至77K,板条的温度梯度热应力与应变都明显降低。当冷却温度为77 K时,最大主应力为414 MPa,仅为常温时的156,最大主应变为382×10-5,仅为常温时的6。为了分析Yb∶YAG晶体板条激光模块不同冷却温度下输出激光的光束质量,以确定其最佳运转温度,我们采用光线追迹的方法,对单程通过板条的1030nm探测光进行仿真。可以看到,当冷却温度为77 K时,远场光斑能量更为集中,且探测光光程差的PV值为07941μm,仅为300K时的596。模拟结果表明低温运转有利于Yb∶YAG晶体板条激光模块产生高功率高光束质量激光输出,这为高功率高光束质量Yb∶YAG晶体板条激光的设计工作奠定了基础。     

高功率陶瓷板条激光器

高功率固体激光在先进制造、能源、信息、医疗及国防等领域有广泛应用。激光陶瓷材料具有掺杂浓度均匀可控、抗激光热损伤能力强、易于制备大尺寸和复合结构等优点，被认为是高功率固体激光的重要增益材料。报道了本课题组近年来在高功率陶瓷板条激光方面的主要研究进展。采用中国科学院上海硅酸盐所制备的大尺寸Nd:YAG陶瓷板条，实现了平均功率4.35 kW的1 064 nm脉冲激光输出，脉冲宽度为160μs，重复频率为400 Hz。此外，采用中科院上海硅酸盐所制备的大尺寸Yb:YAG陶瓷板条，实现了平均功率9.8 kW的1 030 nm脉冲激光输出，脉冲宽度为560μs，重复频率为160 Hz，光光转换效率为60%。这些研究表明，激光陶瓷材料具备实现高功率、高光束质量与高效率激光的潜力。