基于ANSYS的圆截面激光晶体的热变形分析

为了研究圆截面Nd∶GdVO4激光晶体在端面抽运下的温度场和热变形场,考虑弹性体的协调性,采用有限元方法进行了分析,得到了端面抽运激光晶体棒内温度场和热形变场的数值解,并与相同条件下传热学方法计算结果进行了比较。结果表明,两种方法具有相同的最高温度,但有限元法计算所得最大变形量偏小。这一分析结果对端面抽运固体激光的优化设计提供了参考。     

抽运光分布对圆截面激光晶体热变形的影响

为了简化激光晶体中热变形量的求解过程,分析抽运光分布对激光晶体热变形的影响,采用圆截面激光晶体热变形量的简便计算方法,并取抽运光束为超高斯光束,通过理论推导和数值计算,研究了抽运光强度分布对圆截面激光晶体热变形的影响。结果表明,晶体端面热变形量与半径为3次多项式关系,当抽运光阶次大于2时,随着阶次的增大,晶体端面的热变形量逐步减小。这一结果对全固态激光器的设计有一定帮助。     

端面抽运圆截面激光晶体热变形量的简便求解方法

激光二极管(LD)抽运的全固态激光器(DPSSL)应用广泛.抽运光在激光晶体中产牛的热效应是影响全固态激光器工作特性的主要因素之一.通常先求解激光晶体中的温度场分布,再对热应变积分计算晶体的热变形晕,这是一个既复杂又困难的过程.将求解品体热传导微分方程与对热应变积分计算晶体热变形量相结合,在圆截面激光品体侧面恒温、端面绝热的条件下,建立了晶体热变形量满足的微分方程和边界条件,把冗长的两步压缩为简单的一步,并使微分方程大为简化;得到了圆截面激光晶体热变形最的解析解;给出了一个算例.借助数值计算,分析了晶体抽运端热变形量及变形端面曲率半径与抽运光束半径之间的关系.提出的圆截面激光晶体热变形量简便求解方法有一定的通用性.     

激光二极管侧抽运长方形Nd:YVO4激光晶体热分析

以解析分析理论为基础,研究长方形Nd∶YVO4激光晶体受到具有高斯分布半导体激光侧端面抽运时,晶体温度场和热形变的分布情况。通过对激光二极管(LD)侧面抽运晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用正交各向异性材料热传导方程,得出长方形Nd∶YVO4晶体温度场和热形变场通解表达式,并提出了两种有效减小晶体热形变的方法。研究结果表明,当使用输出功率为30 W的激光二极管侧面中心抽运Nd∶YVO4激光晶体时,在抽运端面中心获得240.0℃最高温升和4.73μm最大热形变量。偏心0.6 mm时,端面最大热形变量减少31.1%。晶体厚度减小30%时,端面最大热形变量减少23.5%。     

激光热成形温度场和变形场相似性研究

激光热成形是非常复杂的热力耦合过程,本文将相似理论应用于激光热成形的研究,利用方程分析法推导出金属板材温度场相似所必须满足的相似准则。为了验证相似准则的有效性,对3块满足相似准则的金属板材进行了数值仿真。仿真结果表明,3块金属板材的温度场相似,并且其变形场也相似。     

激光晶体的新发展

本文根据最新资料对固体激光器所用激光晶体的近期发展作了详尽综述，并对我国应如何发展激光晶体研究提出建议。     

变形镜热形变及其对光束质量的影响分析

在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下,利用ANSYS有限元分析软件,建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下,变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明,在使用有限元软件进行分析时,高反膜系的非均匀吸收不可忽略;变形镜极头间距越窄,热形变带来的波前畸变空间频率越高;当入射波前峰谷(PV)值与变形镜热形变面形PV值相差不大时,热形变带来的影响最明显;在总吸收能量一定的情况下,入射激光功率越大,热形变对光束质量的影响越明显。此外,针对不同的换热条件,讨论了变形镜热形变对光束质量的影响,进而针对热形变的产生机理,提出采用局部换热方式降低变形镜的热形变。     

激光晶体的应用和国内外发展动态

晶体激光器已广泛应用于材料加工、激光检测、研究与发展、激光治疗和军事方面。在今后的竞争中仍将保持发展的势头。在传统晶体激光器发展的同时,晶体激光器将向超大型和超小型两个方向发展,输出波长向可调谐方向发展。 激光晶体研究主要将集中在高效率、大功率输出和宽调谐等新型激光材料的探索,以及大尺寸、高质量激光晶体的研制。     

SOA器件中激光焊接温度场与构件热弹性变形

在SOA器件封装过程中，激光焊接后，构件的变形严重影响光纤的耦合效率。从热弹性耦合的角度考虑，采用有限元分析方法，用软件模拟焊点周围温度场分布及构件变形情况，揭示了激光束能量不平衡性对光纤位移的影响，与实际情况切合较好，为进一步分析塑性变形奠定了基础。     

高功率激光反射镜热畸变补偿结构设计与仿真

为了研究激光反射镜热畸变补偿结构的设计,在分析激光腔镜热变形行为的基础上,采用优化镜体结构,提出了一种减少入射激光光斑区域镜面热畸变的途径——热畸变自补偿激光反射镜,并与普通硅镜的热变形情况进行了比较.结果表明,当反射镜反射率为98%、入射激光功率为7kW、激光照射时间分别为2s,4s和10s时,普通硅镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.167μm,0.174μm和0.172μm;而热畸变自补偿激光反射镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.092μm,0.052μm和0.027μm.该研究结果对提高高能激光腔镜热效应稳定性、改善高能激光光束质量具有一定参考价值.     

氩离子激光泵浦的Nd:YAG单晶光纤激光器

本文报道了以氩离子激光作泵浦源的Nd:YAG单晶光纤激光器的研究结果。获得了波长为1.064μm基模的连续激光输出。其斜率效率高于20％;最高激光输出达35mW。实验结果与理论计算基本吻合     

一种分段曲率补偿带隙基准源设计

在传统带隙基准的基础上,设计了一种分段曲率补偿的低温漂带隙基准。利用NMOS管工作在亚阈值区域时漏电流和栅极电压的指数特性,在低温和高温段同时对基准电压进行曲率补偿,采用UMC 0.25μm BCD工艺进行仿真。仿真结果表明,电源电压5 V时,静态功耗电流为7.11μA;电源电压2.5~5.5 V,基准电压变化148μV;温度在–40~+145℃内,电路的温度系数为1.18×10–6/℃;低频时电源抑制比为–87 d B。     

光固化成形中的变补偿量扫描研究

在光固化成形中,对三维实体断面进行选择性的扫描固化,通常采用的是恒定的光斑补偿量,因此很难精确成形出实体的细微部分,从而影响制件精度.本文提出一种分区域变补偿量的扫描方法,首先将实体断面中的轮廓环分组,辨识出激光扫描轨迹在细微部出现自交,反向或互交的情况.然后分区域设定工艺参数从而改变不同区域的光斑补偿量,很好地提高了光固化成形中制件细微部分的成形精度.     

光学暗室内杂散激光能量分布模型仿真与测量

为了模拟1.06μm脉冲激光在暗室内壁多次漫反射后的能量分布,在对暗室内激光目标反射特性研究的基础上提出了神经网络叠加的算法,并建立了暗室内杂散激光能量分布数学模型;利用模型仿真得到了入射能量为1J的1.06μm脉冲激光漫反射能量分布图,分布图表明暗室的整体消光性能较好,但是个别壁面存在局部较强的反射区域,该区域的激光能量最大值约为3.5×10-4J;通过模型的理论计算与实际验证测量分别得到了监测探头的能量密度理论值与实测值,对两组数据的比对分析表明,理论值与实测值的最大和最小相对误差分别为10.7%与1.3%,并且两者的分布规律一致。结果表明,此模型具有较高的可信度和仿真精度,能够满足内场仿真试验的实际需求。     

单波长单光纤时间双向传递的研究

针对温度和光波长对光纤传输时延的影响,研 究了单波长单光纤时间双向传递方法,传输距离 为2km的单波长单光纤时间双向传递的同步精度为27.5ps,抖动峰 峰值为209ps,测试结果显示单波长单 光纤时间双向传递方法能减小温度和波长对光纤传输时延的影响和提高时间传递精度。随温 度和波长变化 的光纤传输时延是影响光纤时间双向传递精度的主要因素,用Matlab定量分析了温度 和波长对材料色 散、折射率及光纤传输时延的影响,并且理论分析了单波长单光纤时间双向传递的同步精度 。     

可见光变角度带通滤光膜研制

以薄膜光学为背景,介绍了可见光波段变角度带通滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了带通滤光膜的光学特性以及变角度使用的难点,其次讨论了0°~33°入射时薄膜选材、测试、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用薄膜软件进行优化计算后,结合光学控制与离子辅助工艺得到了吸收低、偏移量小与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在地形勘测相机中达到了空间变角度高分辨率成像的效果。     

采用光学介质变温控制的固态激光器热效应补偿方法

提出了一种采用环状光束照射RG850动态补偿固态激光器热效应的新方法.研究中采用MATLAB和ANSYS理论分析了侧向泵浦的Nd:YAG晶体的热致波前畸变,以及热效应补偿片RG850的温场、折射率和波前分布;重点仿真研究了RG850在不同温度分布时对系统热效应的补偿效果.实验结果表明:该方法在单模和多模两种情况下都能较...     

对称结构光子晶体光纤温度传感特性的研究

提出了一种新型纤芯-包层对称结构光子晶体光纤。其截面圆形空气孔以四边形晶格排列方式沿光纤中心对称分布,中心各自移除两空气孔构成两纤芯,形成两组完全对称的纤芯-包层结构。对一组纤芯-包层所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯的耦合特性。采用有限元法分析了1 cm长该型光纤在20~25 ℃变化时的温度特性,结果显示该型光纤可实现高灵敏度温度传感,其灵敏度可达3.21 nm/℃。     

MEMS电热微驱动器的设计与仿真分析

本文介绍了一种基于双金属膜受热膨胀原理的面外电热微驱动器。采用聚合物SU-8和镍材料分别作为驱动器的功能材料和结构材料。给电阻丝通电使其发热,驱动器发生垂直于轴线的面外运动,使偏置层与基座接触,完成信号的输出。利用Coventorware软件建立模型,并对器件的性能进行仿真与分析。通过电热分析,驱动器在5V电压作用下,响应时间为5ms,产生18μm的位移,温度由300K上升到440K;在加速度场中,给驱动器施加10000g加速度,产生20μm的位移;在耦合场中施加3V电压和5000g加速度时,驱动位移为23μm,温度由300K升高到400K。最后在不同场源下对驱动器分别进行应力校核,最大应力均小于许用应力,有较高的可靠性。