全腔水冷輻射板條固體激光熱效應及被動調Q特性研究.pdf

1、高功率固體激光器以體積小、可靠性強、轉換效率高等著稱，已被廣泛應用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)加工等多個領域。其中，相比較于棒狀固體激光器，板條狀固體激光器能夠獲得具有更高光束質量的光，更高的輸出功率以及更高的效率，一直以來都深受人們的關注。
　　固體激光器工作時，會有相當大的一部分泵浦光轉化為熱滯留在激光介質內，使其溫度升高。而對激光介質的冷卻，通常為外部冷卻，這樣將會導致介質內溫度不均勻分布的現象，溫度的不均分布和因其產生的熱應力都將會

2、引起一系列熱效應問題。因此，對激光介質的溫度及應力等的分布狀況進行研究是很有必要的。本課題采用氙燈泵浦8板條輻射狀激光增益介質（8個板條呈“米”字型排列），能有效增加泵浦面積和激光介質的散熱面積，這樣既能夠有效提高激光器的轉換效率又能有效減弱其熱效應。同時，為了提高輸出光的峰值功率，擴大激光器應用范圍，本課題加入了被動調Q技術。
　　本文主要研究的內容包括激光介質溫度及熱應力分布的理論分析及數值模擬，被動調 Q的相關理論及實驗研究

3、，激光器聚光腔的優(yōu)化設計，具體研究內容總結如下：
　?。?）給出了本課題研究的背景、意義，總結概述了板條狀固體激光器國內外研究現狀，概括闡述了板條狀激光介質熱效應的相關問題及一些制冷方式，并對被動調Q激光器的研究概況做了簡單總結。
　?。?）簡單介紹了溫度場及熱應力應變場的描述等問題，理論研究了輻射板條激光介質的熱分析問題，并通過運用ANSYS軟件對輻射狀板條激光介質在不同條件下的溫度及熱應力分布做了有限元模擬分析，并最后給

4、出了實況下激光介質的溫度及應力分布的有限元模擬結果。
　　（3）闡述了被動調Q的基本原理，被動調Q晶體Cr4+:YAG的基本性質、光譜特性、能級結構及可飽和吸收特性，給出了晶體Cr4+:YAG被動調Q的速率方程，并對其進行了仿真分析，最后利用速率方程對調 Q激光輸出特性進行相關求解和分析。
　?。?）對輻射板條激光器的聚光腔部分進行了優(yōu)化設計，實現了輻射板條激光器的自由運轉。利用矩陣光學理論并借助MATLAB軟件分析了光斑聚