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LD端面泵浦激光热效应研究

作　者: 滑文强
导　师: 李健
学　校: 山东师范大学
专　业: 光学
关键词: LD端面泵浦全固态激光器晶体热效应泊松方程腔内倍频
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

激光二级管(Laser-Diode,LD)泵浦的全固态激光器(DPSSL)具有体积小、效率高、稳定性好和寿命长等优点,在国防、光电子产业、光通讯和医疗卫生等领域有着重要的应用。随着大功率半导体激光器技术的不断完善和发展,高功率二极管泵浦固体激光器已经成为国内外学者的研究热点,这些研究主要集中在如何有效地提高激光输出功率和改善激光光束质量方面,其中最主要的障碍来自激光晶体的热效应。激光晶体是全固态激光器中最重要的核心部分,在很大程度上它决定了激光器的输出特性。激光晶体的热效应一直是激光二极管抽运的全固态激光器研究的热点之一。本文对于周边恒温冷却的矩形截面Nd:YVO4晶体的热效应进行了理论计算,在精确求解晶体内温度及温度场分布的基础上,求出晶体的热焦距。同时分析了不同因素对周边恒温冷却矩形截面晶体热效应的影响。并且本文通过对LD端面抽运棒状Nd:YAG晶体的热效应进行理论分析,考虑晶体内部抽运光束分布及连续抽运过程中晶体周边与冷却液之间的对流传热,建立了更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体的温度分布场,同时计算了晶体半径以及晶体散热面积对热效应的影响。本论文简单介绍了全固态蓝光激光器的发展和现状,采用平凹直腔,实现了Nd:YAG/LBO蓝光输出。其主要内容可概括如下:1、首先对全固态激光器的历史、发展进行了回顾,介绍了全固态激光器的主要特性;并简单介绍了全固态蓝光激光器的发展和现状。2、介绍了激光晶体热效应的产生原因及不良影响。根据激光晶体热效应的基本理论,建立了热效应的理论模型;并介绍了温度场,光程差和热焦距的计算方法。3、通过对周边恒温冷却的矩形截面Nd:YVO4晶体的热效应进行了理论计算,在精确求解晶体内温度及温度场分布的基础上,求出晶体的光程差和热焦距。同时分析了不同因素对周边恒温冷却矩形截面晶体热效应的影响。并且本文通过对LD端面抽运棒状Nd:YAG晶体的热效应进行理论分析,考虑晶体内部抽运光束分布及连续抽运过程中晶体周边与冷却液之间的对流传热,建立了更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体的温度分布场,同时计算了晶体半径以及晶体散热面积对热效应的影响。研究结果表明,考虑边界对流传热后,计算的晶体中心温度升高,晶体边界温度也相应升高,相应的晶体热焦距稍有增加;减小晶体半径晶体中心与表面的温度差均减小,热焦距增大,晶体热效应降低;但增大晶体散热面积虽然降低晶体内部温度场,但由于端面抽运的特点导致晶体中心附近温度变化率增加,反而使热焦距减小,加剧了晶体热效应。4、介绍了Nd:YAG晶体的激光特性,分析了用于蓝光倍频的非线性晶体LBO倍频特性,采用最简单的平凹腔结构,实现了Nd:YAG/LBO蓝光输出。实验中我们通过选用脉宽500μs、占空比1:2脉冲方式的泵光,采用平凹直腔,在泵浦注入功率达到7.33W时,蓝光输出的最大功率为220mW,光-光转换效率为3.0%。

全文目录

中文摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章导论  9-22
  第一节全固态激光器的发展概况  9-15
  第二节 LD 泵浦全固态激光器  15-18
  第三节全固态蓝光激光器的研究现状  18-22
第二章 LD 端面连续泵浦激光晶体热效应的基本理论  22-28
  第一节晶体热透镜效应的介绍  22-24
  第二节晶体热效应模型的建立及温度场的计算方法  24-26
  第三节光程差、热焦距及热形变场的计算  26-28
第三章LD 端面泵浦激光晶体热效应分析  28-45
  第一节LD 端面连续泵浦长方形状激光晶体热效应分析  28-33
  第二节基于边界对流传热的LD 端面连续抽运圆柱形晶体热效应研究  33-41
  第三节如何有效的抑制晶体的热效应  41-45
第四章 Nd:YAG/LBO 蓝光激光器  45-55
  第一节 Nd:YAG 晶体特性及倍频晶体选择  45-53
  第二节 Nd:YAG/LBO 蓝光激光器实验  53-55
全文总结  55-57
参考文献  57-64
攻读硕士期间发表的文章  64-65
致谢  65

LD端面泵浦激光热效应研究

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