激光二极管端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒热效应与温度场解析

本文主要探讨了激光二极管（LD）端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒的温度场特性，这是在激光技术中一个关键的研究领域，因为高功率激光器的热效应管理对于提高设备的稳定性和寿命至关重要。文章首先建立了一个详细的热分析模型，该模型考虑了端面绝热、周边恒温和界面热流的连续性，这有助于准确模拟实际工作中的热量分布情况。 作者采用特征函数法和常数变异法，这是一种数值分析方法，来求解出当激光器采用4阶超高斯光束进行端面抽运时，YAG-Nd:YAG复合晶体棒内的温度分布。这种高阶光束的特性会影响温度场，因此，研究者对光斑尺寸、光束阶次以及YAG晶体和Nd:YAG晶体的长度进行了深入的定量分析。例如，当LD的输出功率为50 W，光学耦合器传输效率为82%，YAG晶体长度为1.5 mm，Nd:YAG晶体长度为5 mm，而Nd离子掺杂质量分数为1.0%时，复合晶体棒的最大温升达到了132.7℃。这个结果对于理解和优化激光器的设计具有实际意义，因为它提供了一种减小激光晶体热效应的有效途径，同时也有助于设计出具有更好热稳定性的工作腔。 这项研究不仅揭示了激光器内部温度分布的关键参数影响，还为优化激光器的热管理系统，如选择合适的晶体结构和抽运条件，提供了重要的理论依据。这对于提高激光器的性能，防止过热损伤，延长其使用寿命有着显著的实际价值。此外，这项工作的成果对于其他依赖类似技术的领域，如光纤通信和材料加工，也具有广泛的应用前景。