固体激光器中热透镜效应的计算和测量
发布时间：2022-12-08 22:24
20世纪90年代以来,随着激光二极管突飞猛进的发展固体激光器凭借其良好的性能和特性也进入了蓬勃发展时期。与此同时,高功率固体激光器也理所当然地成为了人们研究的热点之一,研究重点主要集中在输出功率的提高和光束质量的改善等方面,而高功率固体激光器进一步发展的关键因素主要取决于对固体激光器热效应的改善和抑制。固体激光器系统的热效应主要包括:热透镜效应、热致衍射损耗、热退偏及热损伤等。其中,热透镜效应最为常见,也对谐振腔的设计至关重要。如何有效地抑制并减小激光晶体的热透镜效应是优化激光器系统所必须考虑的重要因素。因此,本文研究的主要内容就是对激光二极管端面泵浦固体激光器的热透镜效应进行数值计算和实验测量,主要工作如下:首先对LD端面泵浦固体激光器热透镜效应的计算方法进行推导,并研究和分析其测量方法,得到了计算热透镜效应的最优方法为PDE工具箱和Runge-Kutta方法。其次,分别阐述了两种方法求解热传导方程的基本原理,建立了激光晶体的侧面和端面模型并进行分析。在此基础上进行数值模拟,对比了侧面恒温、端面绝热与侧面对流、端面热交换状态下晶体中的温度分布,分析了两种方法的优缺点。并结合泵浦光半径...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 LD泵浦固体激光器的发展过程
1.2.2 热透镜效应研究现状
1.3 LD泵浦固体激光器的主要泵浦方式
1.3.1 端面泵浦结构
1.3.2 侧面泵浦结构
1.4 论文主要工作及结构安排
2 LD端面泵浦固体激光器的热透镜效应理论研究
2.1 激光工作物质
2.1.1 物理特性
2.1.2 光学特性
2.1.3 激光特性
2.2 热传导理论
2.2.1 热传导方程
2.2.2 边界条件
2.2.3 一阶热传导方程
2.3 热功率密度
2.3.1 高斯光束腰
2.3.2 吸收系数
2.3.3 热导率
2.4 光强
2.5 本章小结
3 热透镜效应计算原理
3.1 PDE工具箱求解
3.1.1 PDE工具箱求解原理
3.1.2 PDE工具箱简介
3.1.3 PDE工具箱求解步骤
3.2 Runge-Kutta方法
3.3 本章小结
4 LD端面泵浦Nd:YVO_4激光器热传导方程的求解
4.1 热透镜效应方程的确定
4.1.1 激光棒热模型的建立
4.1.2 激光棒热方程的确定
4.2 PDE工具箱求解
4.2.1 激光棒侧面温度分布
4.2.2 激光棒端面温度分布
4.2.3 各参数对温度分布的影响
4.3 Runge-Kutta方法求解
4.3.1 激光棒内温度分布
4.3.2 各参数对温度分布的影响
4.4 本章小结
5 LD端面泵浦Nd:YVO_4激光器热透镜焦距的计算和测量
5.1 热透镜焦距的计算原理
5.2 热透镜焦距的计算
5.2.1 PDE工具箱
5.2.2 Runge-Kutta方法
5.2.3 解析解模拟
5.2.4 结果分析
5.3 热透镜焦距的测量
5.3.1 激光器的构成
5.3.2 测量方法
5.4 实验结果及分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]热透镜效应的数值计算[J]. 李萍,王垚廷,张磊. 齐鲁工业大学学报. 2017(05)
[2]基于Matlab的偏微分方程数值计算[J]. 李萍,张磊,王垚廷. 齐鲁工业大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体热效应[J]. 李隆,耿鹰鸽,余庚华,高当丽,史彭. 应用激光. 2015(05)
[4]LD侧面泵浦变热传导系数Nd:YAG晶体温场特性研究[J]. 齐兵,李隆,白冰,炎正馨,王亚民. 激光杂志. 2015(09)
[5]高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量[J]. 王垚廷,张瑞红,李光耀,张博伦. 西安工业大学学报. 2015(06)
[6]一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法[J]. 刘佳佳,丁双红,丁泽,贾海旭. 光电技术应用. 2015(03)
[7]脉冲LD端面泵浦Nd:YAG晶体温场研究[J]. 支音,李隆,史彭,屈子杰,甘安生. 红外与激光工程. 2015(02)
[8]有限元数值解法在MATLAB中的实现及可视化[J]. 冯桂莲. 软件工程师. 2015(01)
[9]LD端面泵浦矩形Nd:YVO4晶体的热效应研究[J]. 毕学进,周壮,董邵然,乔焱,崔伟,李健. 光学技术. 2012(06)
[10]LD端面抽运变导热系数Nd∶YAG晶体热效应[J]. 李隆,甘安生,齐兵,支音,王良甚,史彭. 激光技术. 2012(05)
博士论文
[1]全固态连续单频473nm蓝光激光器的理论和实验研究[D]. 王垚廷.山西大学 2010
[2]偏微分方程最优控制问题有限元方法的超收敛分析和后验误差估计[D]. 常延贞.山东大学 2008
[3]高平均功率固体激光的热效应研究[D]. 汪晓波.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]LD抽运全固态激光晶体热效应的研究[D]. 乔焱.山东师范大学 2012
[2]LD泵浦全固态蓝光激光器的研究[D]. 刘艳娟.沈阳理工大学 2012
[3]880nmLD泵浦高功率连续单频Nd：YVO4激光器的研究[D]. 王志勇.山西大学 2011
[4]DPL中声光调Q开关衍射效率的角度匹配问题研究[D]. 戈平.西安电子科技大学 2011
[5]几类偏微分方程的混合有限元方法[D]. 李杰.青岛科技大学 2010
[6]LD端面泵浦绿光激光器及其热效应研究[D]. 聂建萍.西安建筑科技大学 2010
[7]LD端面泵浦Nd:KGW激光器热效应的理论与实验研究[D]. 刘树山.山东师范大学 2009
[8]LD端面泵浦激光晶体热效应及被动锁模特性研究[D]. 张帅一.山东师范大学 2008
[9]固体激光器工作介质热效应的有限元分析[D]. 王栋梁.国防科学技术大学 2006
[10]LDA侧面泵浦全固态激光器及其频率转换特性研究[D]. 程文雍.山东师范大学 2006
本文编号：3714246
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 LD泵浦固体激光器的发展过程
1.2.2 热透镜效应研究现状
1.3 LD泵浦固体激光器的主要泵浦方式
1.3.1 端面泵浦结构
1.3.2 侧面泵浦结构
1.4 论文主要工作及结构安排
2 LD端面泵浦固体激光器的热透镜效应理论研究
2.1 激光工作物质
2.1.1 物理特性
2.1.2 光学特性
2.1.3 激光特性
2.2 热传导理论
2.2.1 热传导方程
2.2.2 边界条件
2.2.3 一阶热传导方程
2.3 热功率密度
2.3.1 高斯光束腰
2.3.2 吸收系数
2.3.3 热导率
2.4 光强
2.5 本章小结
3 热透镜效应计算原理
3.1 PDE工具箱求解
3.1.1 PDE工具箱求解原理
3.1.2 PDE工具箱简介
3.1.3 PDE工具箱求解步骤
3.2 Runge-Kutta方法
3.3 本章小结
4 LD端面泵浦Nd:YVO_4激光器热传导方程的求解
4.1 热透镜效应方程的确定
4.1.1 激光棒热模型的建立
4.1.2 激光棒热方程的确定
4.2 PDE工具箱求解
4.2.1 激光棒侧面温度分布
4.2.2 激光棒端面温度分布
4.2.3 各参数对温度分布的影响
4.3 Runge-Kutta方法求解
4.3.1 激光棒内温度分布
4.3.2 各参数对温度分布的影响
4.4 本章小结
5 LD端面泵浦Nd:YVO_4激光器热透镜焦距的计算和测量
5.1 热透镜焦距的计算原理
5.2 热透镜焦距的计算
5.2.1 PDE工具箱
5.2.2 Runge-Kutta方法
5.2.3 解析解模拟
5.2.4 结果分析
5.3 热透镜焦距的测量
5.3.1 激光器的构成
5.3.2 测量方法
5.4 实验结果及分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]热透镜效应的数值计算[J]. 李萍,王垚廷,张磊. 齐鲁工业大学学报. 2017(05)
[2]基于Matlab的偏微分方程数值计算[J]. 李萍,张磊,王垚廷. 齐鲁工业大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体热效应[J]. 李隆,耿鹰鸽,余庚华,高当丽,史彭. 应用激光. 2015(05)
[4]LD侧面泵浦变热传导系数Nd:YAG晶体温场特性研究[J]. 齐兵,李隆,白冰,炎正馨,王亚民. 激光杂志. 2015(09)
[5]高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量[J]. 王垚廷,张瑞红,李光耀,张博伦. 西安工业大学学报. 2015(06)
[6]一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法[J]. 刘佳佳,丁双红,丁泽,贾海旭. 光电技术应用. 2015(03)
[7]脉冲LD端面泵浦Nd:YAG晶体温场研究[J]. 支音,李隆,史彭,屈子杰,甘安生. 红外与激光工程. 2015(02)
[8]有限元数值解法在MATLAB中的实现及可视化[J]. 冯桂莲. 软件工程师. 2015(01)
[9]LD端面泵浦矩形Nd:YVO4晶体的热效应研究[J]. 毕学进,周壮,董邵然,乔焱,崔伟,李健. 光学技术. 2012(06)
[10]LD端面抽运变导热系数Nd∶YAG晶体热效应[J]. 李隆,甘安生,齐兵,支音,王良甚,史彭. 激光技术. 2012(05)
博士论文
[1]全固态连续单频473nm蓝光激光器的理论和实验研究[D]. 王垚廷.山西大学 2010
[2]偏微分方程最优控制问题有限元方法的超收敛分析和后验误差估计[D]. 常延贞.山东大学 2008
[3]高平均功率固体激光的热效应研究[D]. 汪晓波.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]LD抽运全固态激光晶体热效应的研究[D]. 乔焱.山东师范大学 2012
[2]LD泵浦全固态蓝光激光器的研究[D]. 刘艳娟.沈阳理工大学 2012
[3]880nmLD泵浦高功率连续单频Nd：YVO4激光器的研究[D]. 王志勇.山西大学 2011
[4]DPL中声光调Q开关衍射效率的角度匹配问题研究[D]. 戈平.西安电子科技大学 2011
[5]几类偏微分方程的混合有限元方法[D]. 李杰.青岛科技大学 2010
[6]LD端面泵浦绿光激光器及其热效应研究[D]. 聂建萍.西安建筑科技大学 2010
[7]LD端面泵浦Nd:KGW激光器热效应的理论与实验研究[D]. 刘树山.山东师范大学 2009
[8]LD端面泵浦激光晶体热效应及被动锁模特性研究[D]. 张帅一.山东师范大学 2008
[9]固体激光器工作介质热效应的有限元分析[D]. 王栋梁.国防科学技术大学 2006
[10]LDA侧面泵浦全固态激光器及其频率转换特性研究[D]. 程文雍.山东师范大学 2006
本文编号：3714246
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