矩形集成电路半解析热分析软件--BJX热分析软件的研制

半解析热分析法具有解析法的高精度，又具有数值法的较宽适用范围。编制出的计算软件具有分析时间短、操作简便、成本低廉等优点，可能成为下一代集成电路实际使用的热分析软件。     

全固态激光器中掺Nd3+离子激光晶体热效应的研究

激光晶体吸收激光二极管的泵浦光能量,产生激光振荡的同时有相当一部分泵浦光能量会转变为激光晶体的热量并耗散在晶体内,产生的热效应严重影响到激光器的性能和品质。通过对于激光晶体端面泵浦方式的分析,利用半解析热分析方法得出了晶体内部温度场和热形变场的计算方法,并对几种典型的掺Nd3+离子晶体的温度场和端面热形变场及其产生差异的原因进行了定量分析。研究方法和得出结果可以应用到内有热源、具有轴对称形式的模型中,对于激光二极管泵浦的全固态激光器的设计提供基础理论的铺垫。     

高功率CO2激光器输出窗热效应的研究

高功率CO2激光器输出窗不可避免地要吸收谐振腔的激光能量,在其内部产生非均匀温度场的分布,并引起输出窗发生热形变。输出窗的热效应改变了CO2激光器谐振腔的品质因数,影响激光器的稳定性和输出光束的质量。对于输出窗准确的温度场和热形变场研究是解决热透镜效应的关键。利用半解析方法对CO2激光器在TEM00工作模式下,输出窗的温度场及热形变量场进行研究。研究方法和所得结论具有普适性,可以应用到其它具有轴对称性热模型产生的温度场、热形变分析工作中。     

激光二极管端面抽运圆形截面Nd∶GdVO_4晶体的热形变

以解析分析理论为基础,研究圆截面Nd∶GdVO4激光晶体受到具有高斯分布半导体激光端面中心入射时,晶体温度场分布和抽运面热形变分布情况。通过对激光二极管(LD)端面入射晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程新求解方法,得出了圆形截面Nd∶GdVO4晶体温度场分布和端面热形变场通解表达式,对比分析了圆形截面和矩形截面Nd∶GdVO4晶体的热形变。研究结果表明,当使用输出功率为15 W激光二极管端面中心入射Nd∶GdVO4激光晶体时,在抽运端面中心获得187.5℃最高温升和1.313μm最大热形变量。两种截面晶体具有相同的热形变形状,当截面尺寸不太大时,如果圆形截面晶体的半径等于矩形截面晶体半边长,最大热形变量将减少4.1%。这种方法还可以应用到其他圆形截面晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

LD端面抽运矩形截面YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

通过对LD端面和射复合晶体工作特点分析，建立了符合实际工作情况的热模型，利用热传导方程一种新求解方法，提出了矩形截面复合晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式。研究结果表明，当使用输出功率为18W LD端面中心入射复合晶体YAG-Nd：YAG（YAG部分为2mm，Nd：YAG部分掺Nd^3＋质量分数为1%）时，在抽运端面中心获得101.35℃最高温升（比全部掺杂Nd：YAG晶体降低了22.3%）和2.61μm最大热形变量。得出了复合晶体可以有效降低晶体中最高温升，但是不能减少晶体端面热形变的重要结论。     

各向异性热参量对Nd:YVO4晶体热效应的影响

基于解析各向异性分析理论,研究了矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到具有高斯分布LD端面抽运时的激光晶体温度场分布和抽运面热形变分布.通过LD抽运Nd:YVO4激光晶体工作特点分析,建立了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一种求解方法,得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、热应变场和端面热形变场的通解表达式,分析了各向异性热参量对Nd:YVO4激光晶体热应变场的定量影响.研究结果表明:当使用输出功率为15 W LD端面中心入射Nd:YVO4晶体(Nd3 浓度0.5 atm%)时,在抽运端面中心获得244.9℃最高温升和1.99μm最大热形变量.     

LD端面抽运变导热系数Nd:YAG晶体热效应

为了计算二极管抽运Nd:YAG晶体温度场及热形变场,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型。基于Nd:YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系,应用Newton切线法对热传导方程进行求解,得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd:YAG晶体端面抽运下的温度场和热形变场的一般表达式,同时计算了Nd:YAG晶体在不同抽运功率和抽运光斑半径下内部温度场和热形变场的分布变化。结果表明,使用钕离子质量分数为0.01、尺寸为3mm×3mm×8mm的Nd:YAG晶体,在功率为60W、光斑半径为450μm的抽运光照射下,变导热系数的Nd:YAG晶体端面最大温升为55.7℃,最大热形变量为2.85μm,而按传统将Nd:YAG晶体导热系数、热形变系数均视为定值时,晶体端面最大温升为43.4℃,端面最大热形变为2.84μm。     

腔内多模光束偏心辐射非线性晶体温度场分析

为了解决高功率绿光激光器非线性晶体腔内倍频非均匀温升对谐波转换效率的影响问题,对非线性晶体多模光束腔内倍频温度特性进行了解析研究.依据非线性晶体腔内倍频工作状态特点分析,利用热传导方程得到了非线性晶体腔内基波多模光束偏心辐射温度场的一般解析表达式.结果表明,若偏心辐射到晶体的多模束腰光斑为200μm,谐振腔内多模基波功率为500W,多模基波偏心辐射(偏心度ξ=0.33)KTP晶体内的最高温升为79.80℃,相对于同等条件中心辐射的最高温升83.14℃降低了4.0%;当基波入射非线性晶体偏心度增大时,可有效地降低KTP晶体的最高温升.建立的非线性晶体热分析模型符合绿光激光器的实际需要,对于消除非线性晶体热效应影响、提高激光器谐波转换效率具有指导意义.     

准连续激光二极管端面泵浦Nd∶YAG薄片瞬态温度场

准连续激光二极管(LD)泵浦的激光晶体中存在着温度升降的变化过程。为解决准连续LD端面泵浦Nd∶YAG薄片时变热效应问题,基于热传导方程,采用特征函数法和常数变异法得到了准连续超高斯光束端面泵浦Nd∶YAG薄片的瞬态温度场一般解析表达式。定量分析了准连续泵浦光脉宽和占空比对Nd∶YAG薄片瞬态温度场的影响。研究结果表明,准连续LD端面泵浦Nd∶YAG薄片时,薄片内温度场随时间呈波浪状分布,再经过一段时间后呈现出稳定周期性分布,此时的瞬态温度场围绕连续LD泵浦时稳态温度波动,波动幅度为12.1℃,薄片的瞬态温升量将随准连续LD泵浦脉宽与占空比的增大而升高。研究方法和所得结果还可以应用到激光系统的其他瞬态热问题研究中,对解决激光系统热问题具有理论指导作用。     

激光分布对抽运Nd:YVO4晶体热效应的影响

以解析各向异性分析理论为基础,研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到超高斯分布LD端面抽运时,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,考虑了激光分布和激光光束半径变化,建立了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一种新求解方法,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15W半导体激光器（超高斯阶次为1）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243.8C最高温升和1.99m最大热形变量,与实验结果一致。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。