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摘 要：采用LD端面泵浦方式，以Tm:YAG透明陶瓷和Tm:YLF晶体作为激光增益介质，从理论上分析了2 μm波段各向同性及各向异性增益介质的热效应，讨论了不同参数变化对热效应的影响。建立了包含LD泵浦光特性和激光谐振腔特性的三文热传导模型，数值求解了激光增益介质中温度及光程差的空间分布，并获得了不同参数情况下的热透镜焦距。理论分析表明，泵浦光斑大小、泵浦光功率以及增益介质尺寸等因素对热透镜的影响较大。本论文建立的模型和数值模拟结果可直接用于LD端面泵浦全固态激光器系统的设计与优化。26564
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毕业论文关键词： 端面泵浦 Tm:YAG Tm:YLF 热透镜效应
Theoretical Study on the Thermal Effect of LD End-pumped Solid-state Lasers
Abstract：Theoretical simulations of the thermal effects in both isotropic and anisotropic gain medium of Tm:YAG ceramic and Tm:YLF single crystal were carried out. Influence of pump laser diode characteristics and resonator parameters in a LD end-pumped solid-state laser are considered and a 3D thermal conduction model was established. The temperature distribution and optical path differences in the laser gain medium are simulated and the focal lengths of the thermal lensing effect are estimated. The results suggest that the pump beam radius, pump power and the size of the gain medium plays a major role on the thermal lensing effect. The model and the simulation results presented in this work may provide a theoretical guidance for design and optimization of a LD end-pumped solid-state laser.
Keywords : End pump, Tm:YAG, Tm:YLF, Thermal Lensing effect
目录
1 绪论 1
1.1 激光及激光器概述 1
1.2 固体激光器及热效应 1
1.3 论文的主要内容与结构安排 2
2 热效应理论模型建立 4
2.1 热模型建立 4
2.2 热效应的理论与数值方法 4
3 LD端面泵浦Tm: YAG透明陶瓷激光器热效应模拟 7
3.1 端面泵浦Tm : YAG温度与光程差模拟 7
3.2 不同参数对热效应影响分析 9
3.2.1 Tm: YAG激光介质尺寸变化对热效应的影响 9
3.2.2 冷却温度对端面泵浦Tm : YAG陶瓷热效应的影响 11
3.2.3 泵浦功率对端面泵浦Tm : YAG陶瓷热效应的影响 12
3.2.4 泵浦光光斑大小对端面泵浦Tm : YAG陶瓷热效应的影响 13
4 LD端面泵浦Tm : YLF晶体激光器热效应模拟 15
4.1 LD端面泵浦Tm : YLF晶体光程差模拟 15
4.2 不同参数对热效应影响分析 17
4.2.1 晶体尺寸对端面泵浦Tm : YLF晶体热效应的影响 17
4.2.2 冷却温度对端面泵浦Tm : YLF晶体热效应的影响 19
4.2.3 泵浦功率对端面泵浦Tm : YLF晶体热效应的影响 19
4.2.4 泵浦光斑大小对端面泵浦Tm : YLF晶体热效应的影响 20
5 总结与展望 22
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 激光及激光器概述
自然界中普通的光通过自发辐射而产生，而“激光（Laser）”是受激辐射对光放大( Light amplification by stimulated emission of radiation）的简称[1]。1917 年，爱因斯坦以光量子假设为基础，提出了两种发光形式的概念，即光具有自发辐射和受激辐射情况，从理论上证明了受激辐射光存在的可能性。20世纪五十年代，科研工作者在实验上实现粒子数反转，从而预见了受激辐射光放大器的诞生。同期美国科学家Townes发明一种低噪声微波波段受激辐射放大器（Maser）。随后他们于1958年提出此种放大器原理在特定条件下可以推广到光波波段，从而制成制成受激辐射光放大器。1960 年7月美国科学家 Y. H. Maiman 成功研制出世界上首台红宝石脉冲固体激光器[2]，这是人类历史上首次成功的制造出激光，激光与自然光相比具有单色性高、相干性强、方向性好、高亮度以及高光子简并度的特性，以其特殊的性质以及用途引起人们广泛关注[3]。