發(fā)布時(shí)間：2020-08-27 07:11

【摘要】：半導(dǎo)體激光二極管(LD)泵浦的固體激光器自發(fā)明激光以來,在現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域都有著扮演著不可或缺的角色,激光技術(shù)也隨著研究工作的深入走上了高速發(fā)展的道路。固體激光器根據(jù)材料和性狀不同可以分為多種激光器,其中片狀及棒狀的摻雜晶體作為增益介質(zhì)的激光器,與傳統(tǒng)激光器相比,具有體積小、光束質(zhì)量高、單位體積功率大、光光轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,此類激光器在光纖通信、空間通訊、醫(yī)療器械以及軍事等領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用。激光晶體內(nèi)部的熱效應(yīng)是固體激光器能否得到高輸出功率和良好的光束質(zhì)量關(guān)鍵制約因素之一,而隨著固體激光器泵浦功率的提高,晶體熱效應(yīng)帶來的影響越發(fā)嚴(yán)重。鍵合晶體通過在摻雜晶體端面復(fù)合非摻雜晶體,能夠有效降低激光晶體中心溫度,改善晶體內(nèi)部溫度分布,減輕熱效應(yīng)對激光器帶來的消極影響。本文基于熱效應(yīng)理論建立了 YVO4/Nd:YVO4和GdVO4/Nd:GdV04鍵合晶體在穩(wěn)定工作時(shí)的仿真模型,通過數(shù)據(jù)和圖表分析研究了外部條件以及鍵合晶體本身形狀對熱效應(yīng)的影響,為設(shè)計(jì)熱性能更好的摻釹固體激光器給出了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和優(yōu)化方向。本文主要通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行說明:(1)簡述了固體激光器的發(fā)展和其優(yōu)點(diǎn),介紹常見的激光晶體以及相應(yīng)激光器的性能,給出了激光晶體熱效應(yīng)抑制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,詳細(xì)描述了幾種摻釹介質(zhì)的激光增益晶體能級原理和物理特性,對鍵合晶體的產(chǎn)生和其作用做了介紹。(2)闡述了激光產(chǎn)生的基本原理,對速率方程理論和線譜加寬效應(yīng)進(jìn)行了理論方面的推導(dǎo)和介紹。重點(diǎn)分析了晶體熱效應(yīng)產(chǎn)生的原因,并對如何降低晶體熱效應(yīng)給出了幾方面的介紹。(3)基于晶體熱效應(yīng)理論和幾何結(jié)構(gòu)給出了鍵合晶體熱穩(wěn)態(tài)仿真模型,用有限元分析軟件給出了鍵合晶體內(nèi)部溫度分布,并圍繞鍵合晶體外部條件,包括泵浦功率、溫控溫度和接觸面熱傳導(dǎo)系數(shù)研究與鍵合晶體中心溫度的關(guān)系,并通過實(shí)驗(yàn)定性驗(yàn)證了仿真結(jié)果。(4)在理論和仿真模型的基礎(chǔ)上,討論了在給定條件下,鍵合晶體本身增益部分長度和晶體截面大小對熱效應(yīng)的影響,并通過溫度-力學(xué)耦合得到了鍵合晶體形變和熱應(yīng)力分布以及與鍵合晶體長度、截面大小之間的關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O786;TN248
【圖文】：

代了藍(lán)寶石中的三價(jià)鋁離子。Ｃｒ３＋離子起到激活激光受激輻射過程，Ａｈ0３是精光晶體的基質(zhì)逡逑材料。Ｃｒ＾的能級結(jié)構(gòu)的三能級系統(tǒng)決定了激光器的光譜特性。摻氧化鉻紅寶石Ｃｒ＾ＡｈＯｓ中逡逑Ｃｒ３—能級結(jié)構(gòu)圖［９］如下圖１．２所示。在室溫條件下，0３＋：八１２０３晶體所構(gòu)成的固體激光器能夠逡逑輸出主峰波長在６９４．邋３ｎｍ附近的紅光。Ｃｒ＾ＡｋＣｂ可以容易獲得大尺寸的晶體，工作時(shí)粒子逡逑的亞穩(wěn)態(tài)周期長，輸出熒光的功率密度比較大，尤其在單模輸出時(shí)有較高的能量，并且紅寶逡逑３逡逑

釔鋁石榴晶體中部分Ｎｄ３＋取代Ｙ３＋離子成為激光激活粒子，摻釹釔鋁石榴（Ｎｄ３＋Ｙ３Ａ１５０１２）逡逑的吸收帶在紫外光、紅外光和可見光中的部分區(qū)域較強(qiáng)。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ晶體偏振光各向同性，晶逡逑體受激輻射能級結(jié)構(gòu)屬四能級系統(tǒng)，如圖１．３所示為Ｎｄ３＋：ＹＡＧ的能級圖。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ—般只逡逑作為１０６４ｎｍ的激光使用，因?yàn)椋危洌常海伲粒前l(fā)射截面在１．０６ｐｍ處能夠產(chǎn)生高功率的熒光輸出，逡逑是１．３５ｐｍ處熒光譜功率的４倍。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ晶體作為最早在固體激光器中使用的晶體之一，逡逑是最成熟、使用最廣泛的激光晶體材料。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ在高能量Ｑ開關(guān)、倍頻連續(xù)波、鎖模、倒逡逑空腔等方面具有突出的性能表現(xiàn)［１（）］。同時(shí)，在光學(xué)特性上，Ｎ（Ｔ：ＹＡＧ晶體的出光閾值低，增逡逑益系數(shù)和斜效率較高，低波長損耗；在熱力學(xué)和其他方面的性質(zhì)上，它熱傳導(dǎo)性能良好，機(jī)逡逑械強(qiáng)度高，抗熱沖擊性能好。逡逑‘Ｉ邋能運(yùn)／１０５0？－１逡逑１４邋一邋＇、邐—Ｘ邐＾逡逑、２邋—邋Ｋ邐Ｘ逡逑一１「＆逡逑９５０邋ｎｍ／逡逑７５０邋|!邐８１０邋ｎｍ邐１３ｌ９ｎｍ逡逑０邋ｊ邐邋／，ｙＪ邋Ｅｌ邐邐逡逑圖１．３邋ＮｄｈＹＡＧ能級結(jié)構(gòu)圖逡逑（４）摻鉺釔鋁石榴石。使用ＥｒＹＡＧ晶體作為增益晶體的激光器有著與Ｎｄ３＋：ＹＡＧ激光逡逑器類似的結(jié)構(gòu)。ＥｎＹＡＧ激光器的栗浦源是脈沖氙燈，聚光腔為鍍銀的楠圓柱型腔。ＥｎＹＡＧ逡逑激光器對濕度敏感

逡逑圖１．２紅寶石中鉻離子的能級結(jié)構(gòu)逡逑（２）摻釹釔鋁石榴晶體。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ是目前激光器領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的固體激光器增益逡逑晶體。釔鋁石榴晶體中部分Ｎｄ３＋取代Ｙ３＋離子成為激光激活粒子，摻釹釔鋁石榴（Ｎｄ３＋Ｙ３Ａ１５０１２）逡逑的吸收帶在紫外光、紅外光和可見光中的部分區(qū)域較強(qiáng)。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ晶體偏振光各向同性，晶逡逑體受激輻射能級結(jié)構(gòu)屬四能級系統(tǒng)，如圖１．３所示為Ｎｄ３＋：ＹＡＧ的能級圖。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ—般只逡逑作為１０６４ｎｍ的激光使用，因?yàn)椋危洌常海伲粒前l(fā)射截面在１．０６ｐｍ處能夠產(chǎn)生高功率的熒光輸出，逡逑是１．３５ｐｍ處熒光譜功率的４倍。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ晶體作為最早在固體激光器中使用的晶體之一，逡逑是最成熟、使用最廣泛的激光晶體材料。Ｎｄ３＋：ＹＡＧ在高能量Ｑ開關(guān)、倍頻連續(xù)波、鎖模、倒逡逑空腔等方面具有突出的性能表現(xiàn)［１（）］。同時(shí)，在光學(xué)特性上，Ｎ（Ｔ：ＹＡＧ晶體的出光閾值低，增逡逑益系數(shù)和斜效率較高，低波長損耗；在熱力學(xué)和其他方面的性質(zhì)上，它熱傳導(dǎo)性能良好，機(jī)逡逑械強(qiáng)度高

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號：2805791