脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的时变热效应研究

发布时间：2017-10-29 08:18

  本文关键词：脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的时变热效应研究

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【摘要】：激光二极管(LD)泵浦固体激光器有着小型化、高效率、波段范围覆盖广、使用寿命长、结构紧凑、能够进行直接进行调制等优点,在材料加工、光纤通信、医疗诊断以及军用方面等都有着广泛的应用。但是由于激光器热效应的存在,严重的影响了输出激光的光束质量,限制激光器的发展。本论文以LD侧面泵浦棒状Nd:YAG脉冲激光器为例,基于热传导理论建立脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG激光器时变热传导方程,通过Matlab软件模拟分析LD泵浦参数以及激光晶体参数对激光器热效应的影响,提出补偿热效应的方法并进行实验验证。主要研究内容如下:(1)建立热分析物理模型并通过Matlab软件进行分析,分别模拟得到泵浦源光强度、光束腰半径、晶体吸收系数、激光晶体半径、冷却水温度、晶体热物性参数以及LD泵浦源占空比等因素对于激光晶体截面中心温度分布的影响。(2)模拟分析了时变热致双折射效应所造成的相对光程差OPD的变化情况,通过采用琼斯(Jones)矩阵的方法进行理论推导,证明了在谐振腔内加入双四分之一波片可以对热致双折射效应进行补偿。(3)为解决泵浦光分布均匀性问题以及系统冷却散热问题,选取合适的晶体参数和谐振腔结构,设计一台高能脉冲Nd:YAG激光器。搭建实验平台,采用双四分之一波片的补偿热效应方式,测量热效应补偿前后的激光输出能量以及激光光斑质量,对比实验结果,证明了该补偿方法的可行性。
【关键词】：脉冲LD侧面泵浦 Nd:YAG晶体 时变热效应 双四分之一波片
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACK5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 引言8
• 1.2 LD泵浦固体激光器的优点及泵浦方式8-9
• 1.2.1 LD泵浦固体激光器的优点8
• 1.2.2 LD泵浦固体激光器的方式8-9
• 1.3 LD泵浦固体激光器的热效应机理9
• 1.4 LD泵浦固体激光器热效应的研究概况9-11
• 1.5 本论文主要研究内容11-12
• 第二章 脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG激光器热分析模型的建立12-25
• 2.1 LD泵浦Nd:YAG激光器简介12
• 2.2 激光工作物质光场分布物理模型的建立12-15
• 2.3 激光工作物质光场分布的模拟研究15-19
• 2.3.1 不同泵浦方向对泵浦光场分布的影响研究15-16
• 2.3.2 不同泵浦距离对泵浦光场分布的影响研究16-17
• 2.3.3 不同晶体掺杂浓度对泵浦光场分布的影响研究17-19
• 2.3.4 不同晶体半径对泵浦光场分布的影响研究19
• 2.4 热分析物理模型的建立与求解19-25
• 2.4.1 热分析理论基础简介19-20
• 2.4.2 热分析物理模型的建立20-22
• 2.4.3 热传导方程的求解22-25
• 第三章 脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG激光器热效应的模拟研究25-41
• 3.1 脉冲泵浦过程中激光晶体的时变温度分布模拟研究25-33
• 3.2 时变热致双折射效应的模拟与补偿研究33-37
• 3.2.1 时变热致双折射效应的模拟研究33-34
• 3.2.2 基于四分之一波片的补偿理论研究34-37
• 3.3 LD泵浦源的冷却和温控模拟研究37-41
• 3.3.1 LD热沉模块升温影响因素研究37-38
• 3.3.2 LD热沉模块温控影响参数研究38-41
• 第四章 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的设计41-49
• 4.1 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器设计需求41
• 4.2 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器泵浦结构设计41-44
• 4.2.1 激光器泵浦结构设计41-42
• 4.2.2 激光器冷却系统结构设计42-44
• 4.3 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器谐振腔设计44-49
• 第五章 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的实验研究49-56
• 5.1 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的实验装置49-50
• 5.2 脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的补偿实验研究50-56
• 5.2.1 LD泵浦模块的输出特性的研究50-51
• 5.2.2 热效应补偿前后激光输出特性的研究51-56
• 结论56-58
• 攻读硕士期间的学术成果58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-61

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本文编号：1112156