热透镜效应分析与Tm:YAP激光器补偿方法

"文章分析了Tm:YAP激光器中的热透镜效应，通过有限差分法求解泊松方程。在泵浦功率16到34瓦时，测量到的热焦距范围为40到90毫米，与模拟结果一致。获得了温度贡献系数1.19 K/W，即激光晶体中的最大温度与泵浦功率之间的线性系数。文中提出了采用凸透镜和平面-凹透镜热透镜补偿方法，并应用到高功率泵浦的Tm:YAP激光器上。" 本文详细探讨了Tm:YAP激光器中的一个重要问题——热透镜效应。热透镜效应是固体激光器在运行过程中由于激光介质（此处为Tm:YAP晶体）的非均匀加热导致的光学性能变化现象。当激光晶体被泵浦后，产生的热量会导致介质内部的折射率分布发生改变，形成一个相当于透镜的效果，这被称为热透镜。这一效应可能对激光器的光束质量和稳定性产生负面影响。 文章采用了数值模拟的方法，通过解决泊松方程来分析Tm:YAP激光器内部的热分布。利用有限差分法，可以精确地计算出温度场，进而确定热透镜的焦距。实验结果显示，在16到34瓦的泵浦功率范围内，热焦距介于40到90毫米之间，这些测量值与模拟预测的结果吻合，表明该研究方法的有效性。 此外，作者还研究了激光晶体中最大温度与泵浦功率之间的关系，得到温度贡献系数为1.19 K/W。这意味着每增加1瓦的泵浦功率，激光晶体内的最大温度会上升1.19开尔文。这个系数对于理解和控制激光器的热管理至关重要。 为了减轻热透镜效应的影响，文章提出了两种补偿策略：一是使用凸透镜，二是采用平面-凹透镜结构。这两种方法旨在通过光学手段抵消由热效应引起的不期望的折射率变化，从而改善激光器的输出性能。这些热补偿技术在高功率泵浦的Tm:YAP激光器中得到了实际应用，有望提高激光系统的效率和稳定性。 这篇研究工作深入剖析了Tm:YAP激光器的热透镜效应，并提供了有效的补偿策略。这对于2微米波段的固态激光器，尤其是那些在眼科安全范围内工作的激光器来说，具有重要的理论和实践意义。通过优化热管理，可以进一步提升这类激光器在医疗、通信、材料加工等领域的应用潜力。