高功率固体激光器热管理新技术研究

 热效应严重限制了高功率、高光束质量固体激光器的进一步发展。发展适用于重频、大能量激光器的新型热管理技术显得十分必要。 本论文首先改进了已有的光热耦合的热效应分析理论,然后在此基础上,采用低温技术、相变冷却技术和径向偏振光技术,对Nd:glass、Yb:YAG固体激光器热管理进行了研究。主要内容包括以下四个方面: 1.光热耦合的热效应分析理论 (1)对传统热效应分析模型的改进和补充采用光线追迹方法,以二极管的微激射元为基本单位,设计高功率激光二极管阵列的端面泵浦耦合系统,并将光线追迹的结果作为介质热分析的生热源。建立了三维、瞬态的有限元模型求解介质的温度场、热应力分布,并提出了一种基于实测泵浦光斑求解热致波前畸变的方法,讨论了泵浦不均匀性的影响。实验上测量泵浦光斑,验证了泵浦耦合系统设计模型;使用热像仪测量钕玻璃介质的温度分布,校验了有限元方法的热传输计算模型。相比于传统模型,微激射元作为基本单位、实测泵浦光斑作为载荷等方法使模型更接近实际情况。 (2)基于统计学的热致断裂概率分析模型及介质泵浦极限研究研究了热致断裂应力的评判标准和临界值概念,建立了一种统计学的热致断裂概率分析模型,分析了介质尺寸、应力、断裂概率三者的对应关系。分别研究了钕玻璃、Yb:YAG两种介质的断裂极限功率和吸收极限功率,指出不同重复