4固体激光工作物质的热效应-中国工控网-中国自动化企业

1、光电子技术(2)(激光器件)4 固体激光工作物质的热效应4.固体体激光工工作物质质的热效效应4.1连续激光光器的热热效应4.2单次和重重复率脉脉冲激光光器的热热效应4.3热效应的的消除和和补偿2热效应涉涉及的现现象和理理论现象温度猝灭灭热应力热致双折折射热透镜理论热弹理论论弹光理论论虎克定律律热传导理理论34.1连续激光光器的热热效应4.1.1热平衡下下棒内温温度分布布4.1.2激光棒的的热应力力4.1.3激光棒的的热应力力双折射射4.1.4激光棒的的热透镜镜效应44.1.1热平平衡下棒棒内温度度分布在热平衡衡状态下下，忽略冷却却介质沿沿轴向的的微小温温度变化化认为热流流主要沿沿棒的径径向传导

2、导热传导方方程：T温度，Q单位体积积内发热热功率，r棒横截面面内任一一半径大大小，K热导率。rr05热传导方方程的解解热传导方方程为一一欧拉方方程，取取r=et，即可转转为常微微分方程程，最终终得到方方程解为为：棒表面的的温度6热传导方方程的解解棒中心的的温度：（4.1-1)式变为：抛物线型型7单位体积积内发热热功率Q整根棒的的热耗散散功率泵浦源的的输入功功率热耗散功功率系数数激光棒长长度8热耗散功功率与冷冷却水的的热平衡衡方程棒的表面面积热传递系系数棒表面与与冷却介介质的温温差9热传递系系数10棒表面与与中心的的温度中心与表表面温差差：11温度分布布12习题7一台连续续YAG激光器，激光棒棒

3、尺寸为为550mm2，冷却水水温度TF20，激光棒棒的热耗耗散功率率Pd600W，YAG的热导率率K0.11Wcm-1-1，冷却水水与激光光棒之间间的热传传递系数数h3Wcm-2-1。求：T(0)，T(r0)134.1.2激光棒的的热应力力应力：应变：虎克定律律：泊松比：热膨胀线膨胀系系数杨氏模量量14各向同性性物质的的热应力力假设具有有自由端端的各向向同性的的激光棒棒，无其其它外来来作用时时，依据据前述温温度分布布和热弹弹理论的的结论，应力可可用下式式表示：径向：切向：轴向：15各向同性性物质的的热应力力16最大应力力Nd:YAG的抗张强强度为18002100Kg/cm2，对应的的单位长长度

4、的热热耗散功功率约为为150W/cm。最大应力力出现在在棒表面面和棒中中心：17热冲击波波参量材料：玻璃CSGGYAGAl2O3R(W/cm)16.57.9100热冲击波波参量184.1.3激光棒的的热应力力双折射射热耗散功功率应力应变光率体折射率双折射热弹理论论温度分布布虎克定律律光弹效应应19光率体主轴化：20弹光效应应弹光系数数，对于于YAG具有3各独立分分量21001方向Nd：YAG的热致双双折射XY22001方向向Nd：YAG的热致致双折射射23001方向Nd：YAG的热致双双折射24111方向Nd：YAG的热致双双折射XY25111方向Nd：YAG的热致双双折射26111方向向Nd

5、：YAG的热致致双折射射W/cm3cm27111方向向Nd：YAG的热致致双折射射XY28退偏效应应传输常数数：294.1.4激光棒的的热透镜镜效应温度差引引起的折折射率变变化热应力引引起的折折射率变变化30温度引起起的折射射率变化化Nd：YAG的折射率率温度系系数7.310-6-131热应力引引起的折折射率变变化32热透镜效效应热透镜效效应系数数：热焦距：33端面效应应对于Nd：YAG主平面：34热效应的的总焦距距354.2单次和重重复率脉脉冲激光光器的热热效应4.2.1单次脉冲冲激光器器的热效效应36单次脉冲冲泵浦时时棒内温温度的分分布37温度分布布与半径径和时间间的关系系曲线使用15cm

6、长螺旋氙氙灯，注注入11500焦耳，泵泵浦直径径1cm，长7.5cm的钕玻璃璃棒384.2.2重复频率率脉冲激激光器39热累积404.3热效应的的消除和和补偿4.3.1冷却与滤滤光4.3.2光学补偿偿4.3.3非圆柱工工作物质质414.3.1冷却与滤滤光一、冷却却液体冷却却气体冷却却传导冷却却二、滤光光滤光液滤光玻璃璃42一、冷却却液体冷却却43液体冷却却44气体冷却却45传导冷却却46二、滤光光全腔水冷冷分别水冷冷滤光玻璃璃：掺铈铈（Ce）、钐（Sm）石英玻玻璃，硒硒镉玻璃璃滤光液：0.31%重铬酸钾钾，1%2%亚硝酸钠钠474.3.2光学补偿偿1、热透镜镜效应的的补偿修磨端面面热不灵敏敏腔2、热应力力双折射