ld变半径泵浦yag-ndyag复合晶体热效应

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1、LD变半径泵浦YAG-Nd:YAG复合晶体热效应摘要:研究LD泵浦YAG-Nd:YAG复合晶体在实际谐振腔中，变化半径在晶体中所产生的温度场、形变场。复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应，同时得到很好的冷却效果，获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量。通过与理论上在理想模型下所求解的结果比较，发现采用变高斯半径构建物理模型,实验值与理论值基本一致，打破了以往高斯半径为定值的局限性。新模型的研究结果：当输出功率为15W时，抽运端面中心获得104.99°C最高温升和2.61mm最大热形变量。这种新的研究方

2、法可以更准确地应用到其它激光晶体热问题的研究中，为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。关键词：复合YAG-Nd:YAG，矩形截面，温度场，热形变场。ThermaleffectofthevariableGaussianradiusbyLDYAG-Nd:YAGCrystalsAbstract：Theemploymentofacompositecrystalhasbeendemonstratedtobeausefulmethodinrelievingthethermallensing,resultinginhigheroutputpower

3、andbetterbeamquality.Comparedwiththetheoriticalvalues,theexperimentvaluesarelargelyaccordwiththetheorybasedonthenewphysicsmodelusingvariableGaussianradius.ItbreaksthroughthelimitationthattheGaussianradiuswasaconstbefore.Thenewresearchresultsshowthatthemaximumtemperaturer

4、iseof101.35°Candthemaximumthermaldistortionof2.61mmcanbeobtainedinthecenterofthepumpendsurfacewhentheYAG-Nd:YAGlasercrystalispumpedbyaDiodeLaserwithaoutputpowerof18Wattfromthecenterofendface.Thisnewmethodcanalsobeappliedtotheresearchontheotherthermalproblemsoflasercrysta

5、landoffertheoreticalbasisforeffectivelysolvingthethermalproblemsinlasersystem.Keywords：compositeYAG-Nd:YAG;rectangularsection;temperaturefield;thermaldistortionfield;6引言：　近几年随着大功率激光器的不断问世,新的激光晶体的出现，热透镜效应严重影响着激光器的性能，分析、解决热透镜效应问题的关键是选择转换效率高、光束质量好的晶体和晶体内部温度场、热形变场的准确计算。虽然复合晶

6、体并不能有效地减轻由于折射率变化而形成的热透镜效应，但是它可以有效降低晶体本身的温度,减小热应力，更重要的是它可以消除端面变形形成的热透镜效应。[1-4]以往激光晶体温度场分布的理论研究，为了方便计算，将晶体的高斯半径取定值[5]，引入了较大的计算误差，实际上高斯半径是按照一定规律变化的，本文建立了一种与光束分布实际情况相吻合的物理模型，为谐振腔的长度设计提供准确的理论依据。1复合晶体的结构模型及高斯半径的变化规律复合激光晶体抽运端面镀有808nm高透膜（透过率T>98%）以及1064nm高反膜（反射率R>99.9%），形成激光谐振的腔

7、镜。晶体另一端面镀1064nm增透膜（反射率约为0.2%）。图1所示为端面抽运复合YAG-Nd:YAG晶体结构简图，其中：a、b、c为复合晶体几何尺寸；d为YAG晶体长度。抽运光由YAG晶体端沿中心入射复合晶体。图.1端面抽运复合YAG-Nd:YAG晶体结构简图Fig.1Schematicsofend-pumpedYAG-Nd:YAGcompositecrystal6分析、解决热效应问题的关键是激光晶体内部温度场和热形变场的准确计算。高斯半径（w）的变化情况如图2所示：图.2激光晶体热模型简图Fig.2schematicdiagramo

8、flasercrystalthermalmodel其变化规律为[5]：（1）（2）为光束在处的高斯半径，为抽运激光的波长，为激光晶体的折射率。2复合晶体YAG-Nd:YAG热功率密度及温度场的计算2.1复合