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Yb：YAG碟片激光器激光晶体热透镜效应分析

作　者: 段兴赟
导　师: 朱晓
学　校: 华中科技大学
专　业: 光电信息工程
关键词: Yb:YAG 碟片激光器热透镜效应晶体温度场晶体应力应变场晶体等效光程分布热焦距光焦度
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

Yb:YAG碟片激光器近年来已成为最热门的高功率固体激光器之一,并且具有良好的发展前景。Yb:YAG晶体具有吸收带宽、荧光寿命长、量子效率高的良好激光性能;碟片激光器晶体几何结构上的革命性设计理念,又使得其具备冷却速度快、散热性能好、光束转换效率高、光束质量好、运作成本低等诸多优点。Yb:YAG晶体的良好激光性能与碟片晶体的创新理念正是Yb:YAG碟片激光器取得成功的关键。但即使是Yb:YAG晶体在其工作时也仍会产生热;而碟片激光器革命性的设计也给其热透镜效应带来了新的特点。热透镜效应仍是Yb:YAG碟片激光器发展道路上无法回避的问题。因此有必要对Yb:YAG碟片激光器的热透镜效应进行详细的分析。本论文从端面均匀泵浦,端面均匀冷却的Yb:YAG碟片激光器模型出发,通过理论分析及计算,获得了Yb:YAG碟片激光器工作状态下,Yb:YAG晶体温度分布的解析解。在该解析解的基础上,利用弹性力学的基本理论,配合平面应力问题的近似,求解得到了Yb:YAG碟片晶体工作状态下的应力及应变分布。并通过有限元模拟验证了上述理论计算结果。在已有的温度场和应变场的条件下,计算出碟片晶体的等效光程(OPD)分布。通过类比理想薄透镜等效光程分布与焦距的关系,在已有的碟片晶体等效光程分布下,计算得出工作状态下的Yb:YAG碟片激光晶体的光焦度分布,完成了对Yb:YAG碟片激光晶体热透镜效应的分析。并在现有实验条件下,定性验证了理论计算的结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 Yb:YAG 碟片激光器热透镜效应的研究背景  8-11
  1.2 Yb:YAG 碟片激光器热透镜效应的研究现状  11-14
  1.3 Yb:YAG 碟片激光器热透镜效应的研究意义  14-15
  1.4 课题研究对象和内容  15-17
2 固体激光晶体的热透镜效应分析  17-22
  2.1 固体激光器激光晶体的热来源  17-18
  2.2 固体激光器热透镜效应的成因  18-19
  2.3 固体激光器热透镜效应的经典计算模型  19-22
3 Yb:YAG 碟片激光器激光晶体温度场的解析计算  22-33
  3.1 数学物理方程的建立  22-24
  3.2 稳定温度场方程的求解  24-26
  3.3 碟片晶体稳定温度场计算及结论  26-31
  3.4 Yb:YAG 碟片晶体温度场的有限元模拟  31-32
  3.5 小结  32-33
4 Yb:YAG 碟片晶体热应力与热应变计算  33-42
  4.1 热弹性力学基本理论  33-34
  4.2 Yb:YAG 碟片晶体的热弹性问题求解  34-37
  4.3 Yb:YAG 碟片晶体的平均应力应变场  37-39
  4.4 模拟验证  39-41
  4.5 小结  41-42
5 Yb:YAG 碟片晶体热透镜效应的等效光程及焦距计算  42-48
  5.1 等效光程计算  42-44
  5.2 等效光程计算小结  44-45
  5.3 等效焦距计算  45-47
  5.4 等效热焦距计算小结  47-48
6 Yb:YAG 碟片激光器晶体热透镜效应的实验验证  48-54
  6.1 干涉实验  48-49
  6.2 直腔实验  49-51
  6.3 V 型腔实验  51-52
  6.4 本章小结  52-54
7 总结与展望  54-57
  7.1 总结  54-55
  7.2 展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-60

Yb：YAG碟片激光器激光晶体热透镜效应分析

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