静态脉冲XPAL激光功率与温度演化理论模拟与分析

本文研究了静态脉冲激发的铯-氩激光器（XPAL）中激光功率和温度随时间演变的模拟与分析。作者们构建了一个理论模型，专注于探讨这种特殊的激光系统在长时间脉冲和多脉冲操作模式下的热动力学行为以及激光动力学过程。Cs–Ar XPAL因其独特的泵浦机制和应用潜力而受到关注，其性能受初始工作温度、脉冲持续时间和能量传输效率等因素影响。 在长时间脉冲泵浦情况下，研究发现，随着初始工作温度的提升，初始激光功率呈现出上升趋势。这是由于高温有利于激发态原子的形成和碰撞增益过程，从而增加光子的产生。然而，随着激光功率的提高，由于介质的加热和可能的非线性效应，如自吸收和热致相变，激光功率的增益会迅速减小。这导致了激光功率在达到峰值后快速下降，形成所谓的"过饱和"现象。 温度方面，长时间脉冲会导致激光器内部温度显著升高，因为激光输出的能量部分转化为热量，而非全部转化为光输出。这可能导致热平衡被打破，进而影响激光系统的稳定性。通过数值模拟，研究人员详细分析了温度上升的时间行为，揭示了其与激光功率变化的相互作用关系，这对于优化XPAL的设计和运行条件至关重要。 对于多脉冲操作模式，研究者们考察了激光功率和温度如何在每次脉冲之间衰减和恢复。这涉及激光介质的冷却机制，包括自然散热和外部冷却手段。结果表明，适当的脉冲间隔和冷却策略可以有效管理温度上升，延长激光器的使用寿命并提高整体性能。 这项工作提供了深入理解静态脉冲XPAL激光器动态特性的关键见解，为优化这些设备的性能、提高效率和稳定性提供了科学依据。同时，这些研究成果对于设计新型高功率激光器以及处理高温环境下的光-热转换问题具有重要的理论指导意义。