端面泵浦渐变浓度Nd:YAG温度场数值仿真研究

采用高功率半导体激光端面泵浦技术，在均一浓度Nd∶YAG中心轴沿泵浦光通光方向可产生温度梯度，引起热透镜效应，降低激光输出功率与光束质量。本文结合静态热场数值仿真，建立Nd∶YAG在方形平顶光泵浦条件下的热源方程，研究渐变浓度Nd∶YAG在高功率激光泵浦下的温度分布。当初始泵浦功率为1000 W、泵浦脉宽时间为46μs、重复频率为1 kHz时，均一浓度Nd∶YAG的吸收系数为5.8 cm^-1，其中心轴沿通光方向的温度由185℃逐次下降到2、4、6、8 mm处的106、51、29、26℃；相应地，每经过2 mm，温度下降率分别为39.5、27.5、11.0、1.5℃/mm。与此相对应，本文构建出一款渐变浓度Nd∶YAG整体式结构，每段厚度均为1 mm，总长度为4 mm。将4段Nd∶YAG的吸收系数依次调控为1.5、2.1、3.3、9.7 cm^-1，则沿泵浦光通光方向的中心轴温度基本维持在86.5℃，在渐变浓度Nd∶YAG中实现沿泵浦光传输方向的温度均匀分布。