热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析

为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。     

固体薄片激光器和固体热容激光器

介绍了能够实现高平均功率的两种固体激光器：固体薄片激光器和固体热容激光器。给出了它们的工作原理和理论上的工作参数。综述了固体薄片激光器和固体热容激光器的研究历史和现状,指出了高平均功率固体激光器未来的发展方向。     

千瓦级激光二极管抽运热容固体激光器

开展了热容激光二极管(LD)抽运固体激光器理论和实验研究工作,进行了抽运源耦合结构的光线追迹和优化设计,针对热容工作模式下激光介质的激光特性进行了初步理论分析,数值模拟了不同抽运条件下激光介质的增益分布及温度梯度、应力梯度,确定了激光器的安全运行条件。初步完成了热容激光器实验平台的建立:采用两个220 Bar的激光二极管面阵对直径为50 mm,厚度为15 mm的Nd∶GGG晶体进行抽运,耦合方式为微透镜准直加正交柱透镜组,耦合光斑的大小为30 mm×30 mm,谐振腔采用平平腔,实验结果表明该激光器在平均抽运功率为8100 W的激励条件下获得了1385 W的激光输出,光-光转换效率约为17%。     

不同抽运光分布的Nd:GGG热容激光器介质热应力分析

从固体瞬态热传导微分方程出发并结合弹性力学的基本方程,利用有限元方法对Nd:GGG热容激光器介质的瞬态温度和热应力进行了数值模拟.数值模拟并分析了介质端面抽运光为均匀分布和高斯分布两种情况下,介质的温度、应力的瞬态分布.模拟中考虑了由介质的吸收特性导致的介质热沉积功率不均匀分布和介质热容随温度的变化关系.结果表明,抽运光功率一定时,抽运光均匀分布时介质的最高温度较低,温度梯度较小,介质所受热应力较小.     

高功率固体热容激光器

介绍了新概念固体热容激光器的基本原理,简述了其发展进程和现状,并对固体热容激光器关键技术进行了详细分析,探讨了其未来发展前景。     

美研制出67kW固体热容激光器

利弗莫尔实验室在美国能源部的支持下继续从事固体热容激光器的研究,在2006年取得了突破性进展,输出能量达到67kW,光束质量优于2倍衍射极限,并已开始着手研制100kW级移动演示系统.     

固体热容激光器的设计和功率标定

固体热容激光器（SSHCL）作为下一代最佳候选高功率激光器,引起人们广泛关注。介绍了固体热容激光器工作原理、光抽运期间介质板内荧光分布和温度分布、介质板冷却以及功率标定。详细讨论了激光介质温度对激光输出功率的影响,对有关设计要点也作了相关分析。     

氙灯抽运片状固体热容激光器研究进展

介绍了氙灯抽运的片状固体热容激光器的研究进展.基于大口径片状介质,设计了布鲁斯特角和V形有源镜两种构形激光器,实验研究了两种激光器的静态损耗和增益能力,并对两种构形激光器输出能力进行了测量,获得了最大单脉冲能量达47 J,输出平均功率近1 kW的实验结果.探讨了片状构形向更高平均功率发展的技术途径,并通过实验证正了纵向定标放大的可行性.得出了V形有源镜构形激光器更适合向高平均功率发展的结论.     

管状固体激光器的温度分布——非均匀发热模型

本文导出了内泵浦方式下管状固体激光器的非均匀发热量和温度分布.     

18J,20 Hz固体热容激光器

为研究同体热容激光器运转的物理机制,研制了一台演示验证样机。激光器使用钕玻璃板条为工作物质,脉冲灯抽运,平-凹式稳定谐振腔。固体热容激光器运转有两个工作相,样机达到的技术性能如下：第一工作相输出激光,以20Hz重复频率工作10S,输出能量开始时23．81J／脉冲,结束时18．51J／脉冲;第二工作相冷却工作物质,经编程控制的氮气冷却5min后,激光器可重新进入第一工作相循环工作。分析了限制激光器输出激光时间的两个主要原因。试验表明：固体热容激光器输出激光时,沉积在工作物质中的废热使工作物质处于表面温度高于内部温度的状态。由此工作物质产生了向内的压应力,它使工作物质破坏阈值上升,激光器可以工作在较高的温度状态。对第二工作相冷却工作物质的热管理模型进行了讨论．     

脉冲激光二极管端面抽运全固态激光器热效应瞬态过程

从圆柱状晶体热传导方程出发,采用有限元方法,对脉冲激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG激光器中激光晶体的瞬态温度场分布进行了计算.对单脉冲过程中,晶体升温和降温时端面温度的分布情况进行了计算;分析了束腰位置和束腰半径对单脉冲过程的影响,以及晶体热弛豫时间的影响因素;根据光线追迹理论,分析了激光晶体内温度分布达到动态平衡后,由温度梯度引起的中心与边缘相对光程差时变特性.结果表明,当束腰位于晶体抽运端面时,增大束腰半径晶体端面温度降低;当不改变束腰半径并且后移束腰位置时,晶体端面温度降低;增大冷却液对流换热系数或者空气流速、降低空气温度以及减小晶体半径都可不同程度地缩短热弛豫时间;当晶体温度分布达到动态平衡后,晶体内各点温度呈周期性变化;由晶体径向温度梯度引起的相对光程差(OPD)也随时间作周期性变化.     

隧道再生大功率半导体激光器瞬态热特性研究

讨论了隧道再生大功率半导体激光器内部的热源分布，利用有限元方法模拟计算了其在脉冲工作下的二维瞬态热分布，同时测量了不同时刻波长的漂移量并换算为温升值，与计算结果进行了比较，二者基本吻合。模拟结果还表明靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度；用金刚石一铜热沉替换铜热沉，还可以很好地降低器件内部温升，使隧道再生大功率半导体激光器能够高效工作。     

固体管状激光介质温场分布及其几何设计

本文以传热学理论为基础,在管状工作物质的内外表面进行冷却换热的边界条件下,对其温场分布进行分析,并讨论了管状介质内表面换热系数h对介质几何设计的影响。     

LD泵浦固体激光器激光介质内增益分布与输出特性的研究

通过改变二极管的泵浦方式，观察和研究不同泵浦方式对激光输出的影响。用MATLAB软件模拟增益介质内的增益分布以及平-平腔条件下的静态输出光斑，并分别与实验所得结果进行比对，来进一 步分析研究不同二极管泵浦阵列条件下激光的输出特性。     

板条热容激光器的二维热特性

固体热容激光器(SSHCL)作为高功率固体激光器的一个重要发展方向,引起人们广泛关注。数值模拟激光介质板条在热容方式下工作的温度和应力分布是了解该类激光器工作特性的一种有效手段,采用平面应力近似法导出了半导体激光器抽运热容激光介质板的二维温度和应力分布公式,同时也对二维抽运光吸收密度、介质板温度分布和折射率变化进行了分析与讨论。数值计算的结果表明二维效应的温度分布和应力分布要比一维效应给出的分布更均匀。     

固体激光器中多块热沉夹持晶体散热时接触热导研究

采用圆棒状工作物质的固体激光器中,通常用2块带有半圆型凹槽的金属热沉夹持晶体散热。装配压强在晶体与热沉接触面上的不均匀分布,造成二者间接触热导沿圆周变化,在晶体中产生非轴对称的温度分布。提出采用3块或4块热沉夹持圆棒晶体散热,利用截断高斯模型和塑性形变模型计算晶体与热沉间接触热导,建立了接触散热模型,并用有限元法得到晶体温度分布。结果表明,2块热沉夹持圆棒晶体散热时,晶体侧面压强、接触热导沿圆周变化明显,在热沉凹槽底部达到最大,在2块热沉结合面处为零,晶体端面温度沿周向变化较大。采用3块热沉时,晶体侧面压强、接触热导及温度分布的周向均匀性提高,端面中心温度降低,采用4块热沉时,晶体侧面压强、接触热导及温度分布的周向均匀性最好,端面中心温度最低。     

重复脉冲激光作用下钢靶动态热响应数值模拟

用有限元方法对３０ＣｒＭｎＳｉＡ合金钢材料受重复频率ＹＡＧ（ＲＰＹＡＧ）激光辐照下，材料前、后表面及内部温度分布进行了二维模拟计算。结果表明。在激光作用下，钢材料的温升随激光脉冲周期振荡逐次上升，这种特性随靶内距激光作用中心距离的增大而不明显。实验记录了一个平均的温升效果，与模拟计算的平均效果符合。     

热容激光器介质热效应及补偿分析

阐述了闪光灯抽运钕玻璃棒热容型激光器重频工作方式下瞬态温度分布模型和热透镜焦距模型,进行了数值计算,并和常规冷却模式下进行了比较研究.结果表明:热容型激光器工作物质中心温度低于表面温度,温度梯度较小;热容模式下热透镜效应为负透镜效应,且热效应的变化趋势比冷却模式下简单得多,热畸变的大小比冷却模式也小,抽运结束后恢复到无畸变状态的时间较之冷却模式也短的多.最后分析了热透镜效应的补偿方法,利用动态调腔法是困难的,利用双压电晶片镜法是可行的.     

温度梯度法生长Nd:YAG晶体的1200 W激光输出

用温度梯度法（TGT）生长了大尺寸的Nd：YAG激光晶体，测试了室温下的吸收谱并利用吸收谱研究了Nd离子在YAG晶体中的分布。比较了温度梯度法与提拉法生长晶体的区别。根据热容激光的原理，利用生长的Nd：YAG激光晶体片设计了热容激光器，利用侧面抽运，获得了1200w的激光输出，工作时间为2s，光-光转换效率为30％。