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掺镱钨酸盐晶体的激光热效应研究

牛荣莲  
【摘要】:基于激光二极管(Laser Diode)端面泵浦全固态激光器具有结构紧凑,输出稳定,寿命长,效率高,应用前景广阔等优点,因此倍受国内外激光界的高度关注。本论文以Yb~(3+):KGd(WO_4)_2(Yb:KGW)和Yb~(3+):KY(WO_4)_2 (Yb:KYW)晶体为研究对象,研究了基于边界热对流的Yb:KGW和Yb:KYW晶体的激光热效应以及连续激光输出特性。主要研究内容可概括为以下几个方面。 1.介绍了LD泵浦掺Yb~(3+)激光晶体的主要特性、研究现状以及发展前景;阐述了LD泵浦固体激光器中的晶体在抽运过程中产生的热效应;概述了本论文的主要研究内容。 2.分析了LD端面泵浦掺Yb~(3+)钨酸盐晶体的激光热效应。基于Yb:KGW和Yb:KYW晶体的热传导具有各向异性的特点,建立了晶体在热传导条件下的模型。对稳态条件下的LD端泵掺Yb~(3+)晶体热传导偏微分方程进行了数值解析,详细阐述了晶体热焦距实验测量原理。 3.研究了基于边界热对流的LD端泵Yb:KGW晶体的热效应。基于对LD端泵Yb:KGW晶体工作特点的分析,建立了在热传导条件下的晶体模型。考虑晶体边界的热对流,借助有限差分法,运用FORTRAN语言进行编程,通过MATLAB软件调入FORTRAN程序,求解稳态各向异性介质热传导方程,第一次较精确地得到了晶体的温度场分布、端面热形变分布以及不同泵浦功率下的热焦距。研究结果表明,在泵浦吸收功率为14 W时,泵浦面最高温度达272.8℃﹑最大形变为0.48μm,热焦距为4.8 cm。另外,进一步研究了LD端泵Yb:KGW晶体的连续激光输出特性。 4.探究了考虑边界热对流的LD端面泵浦Yb:KYW晶体的热效应。在对LD端泵Yb:KYW激光晶体工作特点分析的基础上,建立了在热传导条件下的晶体模型。考虑晶体边界的热对流,运用FORTRAN语言通过有限差分法进行编程求解稳态各向异性介质热传导方程,首次较精确地得到了该晶体的温度场分布、端面热形变分布和不同泵浦功率下的热焦距。研究结果表明:在泵浦吸收功率为14 W时,泵浦面最高温度达243.8℃﹑最大形变为0.28μm,沿x, z轴方向的热焦距分别为- 4.9 cm, 5.4 cm。另外,进一步研究了LD端泵Yb:KYW晶体的连续输出特性。


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