本文選題：掠入射板條放大器 + 熱效應　； 參考：《北京工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著半導體泵浦全固態(tài)激光技術的迅速發(fā)展,特別是半導體泵浦的板條激光器的發(fā)展,使得固體激光器的輸出功率得到了進一步的提高,光束質(zhì)量也有了很大的改善。由于LD抽運板條固體激光器具有結構緊湊、效率高、光束質(zhì)量好等優(yōu)點,在工業(yè)領域中的應用前景非常廣闊,是目前激光領域的研究熱點。但是隨著泵浦功率的提高,激光介質(zhì)的熱效應成為制約高輸出功率、高光束質(zhì)量的重要因素,因此研究激光器中激光介質(zhì)的熱效應具有非常重要的理論意義和實際參考價值。本文針對本課題采用的掠入射級聯(lián)放大系統(tǒng),對掠入射板條放大器激光介質(zhì)的熱效應進行了詳盡地、系統(tǒng)地理論分析和數(shù)值模擬。主要內(nèi)容有:(1)分析板條放大器國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,可知激光介質(zhì)熱效應限制著板條放大器的發(fā)展。針對掠入射板條激光器,分析了熱光效應、彈光效應和熱致雙折射效應;在考慮端面形變和抽運面形變的情況下,建立了相應的熱力學模型,對溫度場分布、應力場的分布、熱致波前畸變和熱透鏡效應的理論計算進行了詳細地公式推導和分析。(2)數(shù)值模擬了掠入射板條放大器中激光介質(zhì)的熱效應。采用COMSOL以及MATLAB軟件,模擬了不同泵浦功率、板條厚度、泵浦光斑尺寸條件下的溫度場分布;計算了特定條件下的應力場分布;分析了不同泵浦功率、板條厚度、泵浦光斑尺寸以及種子光入射角對熱致波前畸變和熱透鏡效應的影響,并且進行了相應的測量驗證,為級聯(lián)放大系統(tǒng)不同級之間的匹配提供了依據(jù)。(3)提出了一種能夠降低掠入射板條放大器熱效應的新型復合結構(在抽運面上鍵合未摻雜晶體),并針對該結構建立了相應的熱力學模型。模擬了該復合結構的溫度場、應力及應變,并且和未鍵合的單一晶體結構進行對比;研究了不同厚度鍵合層對復合結構激光介質(zhì)中溫度場分布、介質(zhì)形變、熱致波前畸變以及熱透鏡效應的影響。模擬結果表明,通過在抽運面上鍵合非摻雜晶體可以有效地減弱掠入射板條放大器激光介質(zhì)中的熱效應。通過對掠入射板條放大器的激光介質(zhì)熱效應的理論分析和數(shù)值模擬讓我們認識到了熱效應的嚴重性以及急需解決的迫切性,同時使我們深刻的認識到了產(chǎn)生熱效應的原因。這些分析和模擬計算的結果,對于預判光束熱效應的強弱、減弱或者消除熱效應,改善掠入射板條放大器光束質(zhì)量、提高輸出功率提供了參考依據(jù)。
[Abstract]:With the rapid development of semiconductor pumped all-solid-state laser technology, especially the development of semiconductor pumped slab laser, the output power of solid-state laser has been further improved, and the beam quality has been greatly improved. Because of the advantages of compact structure, high efficiency, good beam quality and so on, LD pumped slab solid-state lasers have a very broad application prospect in the industrial field, which is the research hotspot in the laser field at present. However, with the increase of pump power, the thermal effect of laser medium becomes an important factor that restricts the high output power and high beam quality. Therefore, the study of the thermal effect of laser medium in laser has very important theoretical significance and practical reference value. In this paper, the thermal effect of the laser medium of the grazing incident slab amplifier is analyzed and numerically simulated in detail. The main contents are as follows: (1) the development of slab amplifier at home and abroad is analyzed. It is known that the thermal effect of laser medium limits the development of strip amplifier. The thermo-optical effect, elastic-optical effect and thermally induced birefringence effect are analyzed for the grazing incident slab laser, and the corresponding thermodynamic model is established considering the end surface deformation and pump surface deformation, and the distribution of temperature field and stress field is obtained. The theoretical calculation of thermal wavefront distortion and thermal lens effect is derived and analyzed in detail. (2) the thermal effect of laser medium in grazing incident slab amplifier is numerically simulated. By using COMSOL and MATLAB software, the temperature field distribution under different pump power, slab thickness and pump spot size is simulated, the stress field distribution under specific conditions is calculated, and the different pump power and slab thickness are analyzed. The effects of pump spot size and incident angle of seed light on thermal wavefront distortion and thermal lens effect are verified. It provides a basis for matching between different stages of cascade amplification system. (3) A novel composite structure (bonding undoped crystal on pump surface) is proposed, which can reduce thermal effect of grazing incident slab amplifier. The corresponding thermodynamic model is given. The temperature field, stress and strain of the composite structure are simulated and compared with the unbonded single crystal structure. The influence of thermal wave front distortion and thermal lens effect. The simulation results show that the thermal effect in the laser medium of the grazing incident slab amplifier can be effectively reduced by bonding the undoped crystal on the pump surface. Through the theoretical analysis and numerical simulation of the thermal effect in the laser medium of the grazing incident slab amplifier, we realize the seriousness of the thermal effect and the urgency to be solved. At the same time, we have a deep understanding of the cause of the thermal effect. The results of these analyses and simulations provide a reference basis for predicting the intensity of the thermal effect, weakening or eliminating the thermal effect, improving the beam quality of the grazing incident slab amplifier and increasing the output power.
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：2096172