晶体中的热透镜效应数值模拟

【摘要】：本文对晶体的热透镜效应进行了详细的理论分析和有限元模拟,内容大致可以分为两部分。第一部分主要分析了激光在晶体中传输时产生的热透镜效应引起的波前畸变:首先给出了激光在晶体中传输时由于热引起的光程差变化;并对具体晶体进行了计算,计算结果与实验结果进行了比较;最后计算得到由于热透镜效应引起的光束波前畸变的像差形式,提出了对热透镜效应引起的波前畸变的补偿方法。 论文的第二部分详细的分析了端面泵浦固体激光器中激光介质的热透镜效应。首先对端面泵浦Cr:Nd:GSGG激光棒的热透镜效应进行了详细的理论分析,对温度分布的函数表达式进行了讨论,分析了热引起的应力分布,得到了激光棒破裂的临界功率公式,对光束的波前畸变进行了分析讨论给出了光程差计算公式,并分析了热透镜效应的等效焦距,从而清楚的看到热透镜效应在激光介质中的严重性。接着用ANSYS有限元法对端面泵浦激光介质的温度场进行了模拟,先以各向同性激光介质Nd:YAG为例,精确地给出了激光介质中各点的温度和温度分布,接着分别模拟了在提高介质侧面对流换热系数、降低冷却液温度、泵浦端面水冷三种不同条件下的温度场,并对模拟结果进行了比较;最后以Nd:YVO_4激光介质为例对各向异性激光介质的温度场进行了模拟。