偏心抽运矩形截面Nd:GdYVO4激光晶体热效应分析
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更新于2024-08-28
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"这篇研究文章探讨了激光二极管(LD)端面偏心抽运矩形截面Nd:GdYVO4激光晶体的热效应。作者提出了偏心抽运矩形截面偏心度(ERS)的概念,并通过解决泊松热传导方程来分析温度场和温度梯度的变化。研究发现,相对于中心抽运,偏心抽运能降低晶体端面的最高温度,但会导致温度梯度增大,从而引起更严重的热畸变问题。"
在激光技术领域,激光二极管端面抽运是一种常见的激发方式,它利用激光二极管产生的光束直接照射在晶体的端面上,激发晶体内的激活离子,进而产生激光。本文重点关注的是采用矩形截面的Nd:GdYVO4激光晶体,这种晶体因其优良的光学性质和较高的激光效率而被广泛研究。
Nd:GdYVO4是一种掺杂有钕离子(Nd3+)的激光材料,Nd3+作为激活离子,可以在特定的能级间吸收和发射光子,实现激光放大。Gd和Y的掺杂可以优化晶体的性能,例如提高热导率,降低热透镜效应等。
当采用端面抽运时,由于光束的非中心入射,即偏心抽运,会引入一个全新的参数——偏心度。该研究中定义的ERS是衡量这种偏心程度的指标,它对于理解和优化抽运效率、减小热效应至关重要。通过求解泊松方程,可以得到在恒温冷却条件下,晶体内部的温度分布和温度梯度变化。
泊松方程是热传导理论中的基础方程,用于描述物体内部热量传递的过程。在本研究中,它被用来计算偏心抽运下Nd:GdYVO4晶体的温度分布。结果表明,虽然偏心抽运降低了晶体端面的最高温度,但是产生了更高的温度梯度,这意味着热量分布不均匀性增加,可能导致激光质量下降和晶体内部的热应力增大,从而产生热畸变。
热畸变是激光系统中一个重要的问题,因为不均匀的温度分布会影响激光模式质量和稳定性。高温度梯度可能导致折射率的变化,形成热透镜效应,影响光束质量和激光输出的稳定性。因此,对于高功率激光系统,有效管理和控制热效应是设计和优化的关键。
这项研究揭示了偏心抽运矩形截面Nd:GdYVO4晶体的热效应特点,对理解激光二极管端面抽运机制提供了理论依据,也为优化激光器设计提供了参考。未来的研究可能需要探索如何进一步减少热畸变,例如改进冷却系统或寻找新的晶体结构,以实现更高效、稳定的激光输出。
2021-08-29 上传
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