端面泵浦热效应有限元算法硕士论文.doc

端面泵浦DPL的热效应研究【关键词】 端面泵浦; 热效应; 有限元算法; 【英文关键词】 end pumped; Thermal effect; finite element method; 【中文摘要】 本文研究了端面泵浦条件下激光晶体的热效应。首先采用最简单的热效应处理模型理想热透镜,讨论了热效应变化引起的谐振腔由稳定腔向非稳定腔的转化过程。这种转化主要表现为谐振腔损耗的激增。这种损耗的变化过程,不但与泵浦功率的变化有关,还和激光晶体的尺寸有关。 为了更精确的分析热效应的影响,本文进一步研究了实际热效应的表现形式。通过有限元方法计算了不同泵浦光条件下晶体内温度分布的状态,在此基础上,给出了一般情况下非理想热透镜的表现形式,并用图示法进行了表示。通过与理想热透镜模型的对比,显示了实际热透镜和理想热透镜之间的差距。论文为了定量表示非理想热透镜对通过其中的高斯光所产生的负面影响,专门引入了一个参数热效应影响因子,来反映非理想热透镜对不同的高斯光的影响程度。 热效应对激光器的一个重要影响因素就是增加了谐振腔的损耗。论文的最后部分,专门研究了一般热效应情况下,热致激光损耗的估算方法。并且计算了激光器分别运行于基模和各低阶模时,谐振腔单程热致损耗的变化规律。 研究发现,热效应影响因子随泵浦功率的增大而增大;当泵浦光半径变化时,影响因子先急剧增加,当泵浦半径到大约0.55时达到最大值,缓慢减小。谐. 【英文摘要】 The paper deals with Thermal effect in the crystal of diode pumped solid-state laser.Firstly, one of the simplest models, which is called ideal Thermal-lens, is applied todiscuss the transformation process from stable resonator to unstable resonator caused byThermal effect. This transformation is presented mainly by steep rise of loss in resonator.This changing process of loss is not only related to the changing of pumping power, butalso to the size of Laser Crystals. In order to analysis the influence o.摘要 3-4 ABSTRACT 4 第一章 绪论 7-13 1.1 激光二极管泵浦固体激光器的发展 7-9 1.2 晶体热效应及研究现状 9-11 1.2.1 晶体热效应 9-10 1.2.2 研究现状 10-11 1.3 本文的研究内容 11-13 第二章 DPL 晶体热效应的简化模型理想热透镜 13-25 2.1 DPL 的理想热效应模型 13-14 2.2 温度分布引起的热透镜效应 14-17 2.2.1 热透镜效应焦距的计算 14-17 2.2.2 晶体中的综合热透镜效应 17 2.3 热透镜效应对谐振腔参数的影响 17-19 2.3.1 理论谐振腔模型 17-18 2.3.2 附加了热透镜的谐振腔模型 18-19 2.4 理想热透镜效应增强过程中谐振腔的损耗分析 19-24 2.4.1 谐振腔损耗的积分算法 19-20 2.4.2 计算谐振腔损耗的近似处理 20-22 2.4.3 谐振腔损耗的数值计算 22-24 2.5 本章小结 24-25 第三章 DPL 中晶体温度分布的计算及其等效热透镜分析 25-43 3.1 有限元算法模拟温度场分布 25-28 3.1.1 有限元算法的基本思想 25-26 3.1.2 基于ANSYS 的热力学分析 26-28 3.2 均匀边界条件下晶体内温度场的模拟 28-33 3.2.1 泵浦光为理想高斯光的温度分布 29-31 3.2.2 泵浦光为平顶高斯光的温度分布 31-32 3.2.3 均匀泵浦下的温度分布 32-33 3.2.4 三种泵浦源情况下温度分布的对比 33 3.3 非均匀边界条件下晶体内温度场的模拟 33-36 3.3.1 模型的建立 34 3.3.2 晶体内温度分布的计算 34-36 3.4 等效热透镜分析 36-41 3.4.1 模型的建立 36-39 3.4.2 综合评价方案 39-41 3.5 本章小结 41-43 第四章 热效应引起的谐振腔损耗的分析 43-55 4.1 热效应引起的基模高斯光的损耗 43-46 4.1.1 热效应引起的折射率分布 43-44 4.1.2 热效应引起的光程差及附加相位 44-45 4.1.3 热效应引起的基模高斯光的损耗 45-46 4.2 热效应引起的低阶模损耗的计算 4