高斯脉冲激光烧蚀钛合金热效应分析研究

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作者 姜永霞 李隆 +3 位作者 程雨露 余天锡 文君瑶 张春玲 《光学技术》 北大核心 2025年第2期189-195,共7页

利用多物理场耦合分析软件对激光作用于金属材料TC4材料时的热效应进行数值模拟计算,从热传导理论出发,构建了高斯分布脉冲激光单点作用TC4材料的二维轴对称瞬态物理模型,建立了钛合金表面激光加工温度场分布理论模型。通过论述激光烧... 利用多物理场耦合分析软件对激光作用于金属材料TC4材料时的热效应进行数值模拟计算,从热传导理论出发,构建了高斯分布脉冲激光单点作用TC4材料的二维轴对称瞬态物理模型,建立了钛合金表面激光加工温度场分布理论模型。通过论述激光烧蚀金属表面主要发生的激光加工机理和物理现象,建立了激光烧蚀金属材料表面的理论模型以及求解材料温度场分布的热传导方程,并通过有限元仿真进行研究,得到了光斑半径、激光功率、激光脉宽对于钛合金表面热效应的影响结果,结果表明在光斑半径为0.3mm,激光功率为1500W,脉宽为5000ns时取得的加工效果更佳。此研究为下一步有限元模拟和实验研究钛合金表面激光加工提供了理论依据。 展开更多

关键词 TC4 激光加工 热效应仿真 有限元分析 高斯激光

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脉冲LD端面泵浦Nd:YAG晶体温场研究 被引量：6

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作者 支音 李隆 +2 位作者 史彭 屈子杰 甘安生 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期491-496,共6页

为解决脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG晶体产生瞬态热效应的问题,对激光晶体内的温场分布进行了解析分析与定量计算。通过对脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点分析,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型,考虑到Nd:YAG晶体导热系... 为解决脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG晶体产生瞬态热效应的问题,对激光晶体内的温场分布进行了解析分析与定量计算。通过对脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点分析,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型,考虑到Nd:YAG晶体导热系数与其温度的函数关系,引入弦截法求解含时热传导方程,得出了变热传导系数方形Nd:YAG晶体时变温度场的一般解析表达式。定量分析了变热传导系数方形Nd:YAG晶体在不同超高斯阶次和光斑半径下内部温度场时变情况。计算结果表明:使用平均输出功率为60 W的脉冲激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG晶体,若入射的3阶超高斯光束泵浦光光斑半径为400μm,则晶体尺寸为4 mm×4 mm×8 mm的Nd:YAG晶体在达到准热平衡状态时的最高和最低温升分别为364 K和337 K。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并对解决激光晶体热效应问题提供了理论依据。 展开更多

关键词 激光器 瞬态热效应 ND:YAG晶体 变热传导系数

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脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷瞬态热效应研究 被引量：6

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作者 李隆 张秋娟 +1 位作者 张春玲 杨毅然 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期148-154,共7页

为减弱脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器热效应影响,提高谐振腔稳定性以及改善激光器性能,文中利用热传导理论对脉冲激光二极管巴条侧泵激光陶瓷产生的温升及热形变场进行了解析研究。依据脉冲激光二极管巴条侧面泵浦激光陶... 为减弱脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器热效应影响,提高谐振腔稳定性以及改善激光器性能,文中利用热传导理论对脉冲激光二极管巴条侧泵激光陶瓷产生的温升及热形变场进行了解析研究。依据脉冲激光二极管巴条侧面泵浦激光陶瓷工作状态分析,建立契合实际的热分析模型,通过热传导Poisson方程求解,得到单脉冲侧泵激光陶瓷泵浦时段与泵浦间期两个阶段温度场与热形变场的一般解析表达式。定量地分析了脉冲二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷三维温场分布、重复脉冲泵浦过程中温度场分布,以及不同泵浦参数对温场的影响,定量分析了达到热动态平衡时泵浦面的热形变量。计算结果表明:当泵浦光功率为60 W,重复频率为100 Hz,束腰半径为150μm,钕离子掺杂质量分数为1.0%时,Nd:YAG陶瓷泵浦面产生29.6℃的温升,泵浦面与通光面产生0.95μm和0.99μm的热形变量。激光陶瓷温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题,该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中,为减弱激光系统中的热问题提供了理论依据。 展开更多

关键词 全固态激光器 侧面泵浦 ND:YAG陶瓷 瞬态热效应 解析分析

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激光二极管端泵方形Tm:YAG复合晶体的热效应

4

作者 任嘉欣 李隆 +3 位作者 李昕阳 杨恒鑫 纪玉潇 张春玲 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期129-138,共10页

为了有效解决激光二极管端面泵浦激光晶体引起的热效应问题,引入复合晶体的概念,通过两种复合晶体模型(即单端键合和双端键合)来降低激光晶体的热效应。根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点,建立端面泵浦方形Tm:YAG复合晶体热模型,... 为了有效解决激光二极管端面泵浦激光晶体引起的热效应问题,引入复合晶体的概念,通过两种复合晶体模型(即单端键合和双端键合)来降低激光晶体的热效应。根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点,建立端面泵浦方形Tm:YAG复合晶体热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对复合晶体的温度场、热应力场和形变量进行了数值计算,分析了单端/双端键合方式、未掺杂晶体长度、增益晶体长度对方形复合晶体内部温度场及形变量的影响。结果表明,平衡状态下,激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时,YAG晶体厚度c_(1)为1 mm,增益晶体厚度c_(2)为1.5 mm,方形单端键合和双端键合的Tm:YAG复合晶体内部最大温升分别为81.2、77.9℃;内部最大应力分别为146、104 MPa;热形变量为0.468、0.172μm。可见,复合晶体能有效缓解晶体的温升和热形变,且双端键合的方式降低晶体热效应的效果更好。当增益晶体厚度为2.6 mm以上时,两种键合方式对复合晶体内部最大温升的影响基本保持一致。该研究为方形Tm:YAG复合晶体的增益晶体厚度、未掺杂晶体厚度的选择提供了参考依据,也为实现Tm:YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。 展开更多

关键词 激光二极管 温度场 热形变 复合晶体 单端键合 双端键合

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激光二极管端泵Yb:YAG晶体的温度场及应力场

5

作者 李昕阳 李隆 +4 位作者 任嘉欣 贺政隆 石镨 宁江浩 张春玲 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期110-117,共8页

为了解决激光二极管端面泵浦Yb:YAG晶体引起的热效应问题,通过对晶体工作特点的分析,建立了周边冷却恒温、端面与空气存在热交换的有限元热模型。利用泊松方程,对Yb:YAG晶体的温度场、热应力场、热形变场和热透镜焦距进行了数值计算,并... 为了解决激光二极管端面泵浦Yb:YAG晶体引起的热效应问题,通过对晶体工作特点的分析,建立了周边冷却恒温、端面与空气存在热交换的有限元热模型。利用泊松方程,对Yb:YAG晶体的温度场、热应力场、热形变场和热透镜焦距进行了数值计算,并定量分析了激光二极管泵浦光的高斯阶次、光斑半径和泵浦功率对激光晶体温度场的影响。研究结果表明:若激光二极管泵浦功率为50 W,耦合到泵浦面的光斑半径为400μm时,晶体尺寸为3 mm×3 mm×4 mm、掺杂浓度为5.0 at.%的Yb:YAG晶体端面的最高温升为59.2 K,最大热形变量为0.64567μm,晶体内稳定时最大应力为2.380×108 N/m^(2),热透镜焦距为19.99 mm,该条件下激光器可正常运行。研究结果为全固态Yb:YAG激光器的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 热效应 温度场 有限元分析 YB:YAG激光器 端面泵浦

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连续激光二极管端泵Tm:YAG晶体棒热效应

6

作者 任嘉欣 李隆 +3 位作者 李昕阳 杨恒鑫 纪玉潇 张春玲 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1193-1200,共8页

根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了激光二极管端面泵浦Tm∶YAG晶体棒热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对晶体棒的温度场、热应力场和端面形变量进行了数值计算。分析了激光能量分布不同的激光光束(圆形高斯光... 根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了激光二极管端面泵浦Tm∶YAG晶体棒热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对晶体棒的温度场、热应力场和端面形变量进行了数值计算。分析了激光能量分布不同的激光光束(圆形高斯光斑、椭圆形高斯光斑、圆形平顶光斑、方形平顶光斑)、泵浦光斑半径、Tm ^(3+)掺杂浓度对激光棒内部温度场分布及端面形变量的影响,并绘制三维分布图。结果表明,在稳定状态下,若激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时,掺杂浓度为3.5at.%的Tm∶YAG晶体棒泵浦面的最高温升为124.55℃,其泵浦面的最大应力为246 MPa,沿晶体z轴最大应力为209 MPa,泵浦面最大热形变量为0.888μm。该研究为实现Tm∶YAG激光器的设计提供了理论指导。 展开更多

关键词 Tm∶YAG晶体 热效应 热应力 热形变 有限元分析 光束条件

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LD端泵Yb∶YAG复合晶体热容激光器的热效应

7

作者 李昕阳 李隆 +4 位作者 任嘉欣 贺政隆 石镨 宁江浩 张春玲 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1815-1821,共7页

为了解决激光二极管(Laser Diode,LD)端面泵浦的热容激光器在泵浦阶段会在晶体内部产生大量废热的问题,由LD端面泵浦激光晶体的工作特点,建立了泵浦阶段无冷却、端面与空气热交换的Yb∶YAG复合晶体热模型。基于热传导理论,使用有限元方... 为了解决激光二极管(Laser Diode,LD)端面泵浦的热容激光器在泵浦阶段会在晶体内部产生大量废热的问题,由LD端面泵浦激光晶体的工作特点,建立了泵浦阶段无冷却、端面与空气热交换的Yb∶YAG复合晶体热模型。基于热传导理论,使用有限元方法对Yb∶YAG复合晶体的温度场、应力场及热形变场进行了计算,定量分析了键合长度与键合方式对温度场及热形变场的影响。研究结果表明:若以泵浦功率为50 W、泵浦光高斯半径为300μm的激光二极管对晶体尺寸为3 mm×3 mm×4 mm、键合长度为1 mm、键合方式为单端键合,且掺杂浓度为5.0 at.%的Yb∶YAG复合晶体端面进行泵浦,且工作时长为2 s,晶体内部场的最高温升为248℃、最大热形变量为5.9515μm、最大应力为3.70395×10^(9)N/m^(2)。研究结果对激光二极管端面泵浦的Yb∶YAG热容激光器的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 固体激光器 热效应 Yb∶YAG晶体 温度场 热形变

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激光二极管阵列侧泵浦Nd:YAG板条的热效应 被引量：18

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作者 李隆 董武威 +1 位作者 史彭 甘安生 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期2120-2126,共7页

为解决激光二极管阵列侧泵浦激光板条引起的热效应问题,通过对侧泵浦板条温度场与热形变场分布的解析研究以及对激光二极管阵列侧泵浦激光板条工作状态的分析,建立了符合实际情况的热模型,提出了求解Poisson方程的新方法,得到了侧泵浦... 为解决激光二极管阵列侧泵浦激光板条引起的热效应问题,通过对侧泵浦板条温度场与热形变场分布的解析研究以及对激光二极管阵列侧泵浦激光板条工作状态的分析,建立了符合实际情况的热模型,提出了求解Poisson方程的新方法,得到了侧泵浦板条温度场与热形变场的一般解析表达式。以Nd:YAG板条为例,分析了侧泵浦Nd:YAG板条温度场、热形变场的分布情况。并结合全固态激光器的设计需要,定量研究了激光二极管阵列取不同泵浦功率与不同泵浦光斑时Nd:YAG板条的温度场分布情况。计算结果表明:使用输出功率为30 W的激光二极管阵列侧面泵浦Nd:YAG板条,若耦合到板条侧面的高斯光斑半径为150μm、板条钕离子掺杂质量分数为1.0%时,板条泵浦面具有102.3℃的最高温升,泵浦面与通光端面产生1.54μm和2.66μm的最大热形变量。激光板条温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题,该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中,为减弱激光系统中的热问题提供理论依据。 展开更多

关键词 固体激光器 侧面泵浦 ND:YAG板条 热效应 解析分析

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LD端面抽运变导热系数Nd∶YAG晶体热效应 被引量：11

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作者 李隆 甘安生 +3 位作者 齐兵 支音 王良甚 史彭 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期612-616,共5页

为了计算二极管抽运Nd∶YAG晶体温度场及热形变场,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型。基于Nd∶YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系,应用Newton切线法对热传导方程进行求解,得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd∶... 为了计算二极管抽运Nd∶YAG晶体温度场及热形变场,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型。基于Nd∶YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系,应用Newton切线法对热传导方程进行求解,得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd∶YAG晶体端面抽运下的温度场和热形变场的一般表达式,同时计算了Nd∶YAG晶体在不同抽运功率和抽运光斑半径下内部温度场和热形变场的分布变化。结果表明,使用钕离子质量分数为0.01、尺寸为3mm×3mm×8mm的Nd∶YAG晶体,在功率为60W、光斑半径为450μm的抽运光照射下,变导热系数的Nd∶YAG晶体端面最大温升为55.7℃,最大热形变量为2.85μm,而按传统将Nd∶YAG晶体导热系数、热形变系数均视为定值时,晶体端面最大温升为43.4℃,端面最大热形变为2.84μm。 展开更多

关键词 激光器 热效应 固体激光器 Nd∶YAG晶体 导热系数

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全固态多模绿光激光器腔内倍频KTP晶体热效应 被引量：5

10

作者 李隆 刘小建 +2 位作者 聂建萍 史彭 甘安生 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期830-834,共5页

为解决百瓦级绿光激光器腔内倍频非线性晶体的热效应问题,以解析分析为基础,研究了谐振腔内多模振荡状态下非线性晶体的温度场分布。通过对激光谐振腔内非线性晶体工作特点的分析,建立了腔内多模倍频方形KTP晶体的热分析模型,给出了归... 为解决百瓦级绿光激光器腔内倍频非线性晶体的热效应问题,以解析分析为基础,研究了谐振腔内多模振荡状态下非线性晶体的温度场分布。通过对激光谐振腔内非线性晶体工作特点的分析,建立了腔内多模倍频方形KTP晶体的热分析模型,给出了归一化的多模光束分布表达式。利用热传导方程,得到了多模倍频方形非线性晶体温度场的一般解析表达式。同时分析了腔内基波功率、多模光斑半径对非线性晶体温度场的影响。研究结果表明,若腔内基频光功率为500 W、束腰半径为200μm的多模光束辐射到方形KTP晶体时,晶体内的最高温升为83.14℃。研究对于减少百瓦级绿光激光器腔内倍频晶体热效应引起的相位失配,提高百瓦级绿光激光器输出功率起指导作用。 展开更多

关键词 多模谐振 腔内倍频 KTP晶体 热效应 解析分析

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LD端面泵浦变热传导系数Nd:YAG晶棒温场特性 被引量：2

11

作者 齐兵 李隆 +2 位作者 甘安生 王良甚 史彭 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期1174-1179,共6页

为了解决激光二极管泵浦激光晶体产生的热效应问题,对激光晶体内的温升进行了解析分析与定量计算。通过对激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型。考虑到晶体材料热传导系数受其宏观温度变化的影响... 为了解决激光二极管泵浦激光晶体产生的热效应问题,对激光晶体内的温升进行了解析分析与定量计算。通过对激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型。考虑到晶体材料热传导系数受其宏观温度变化的影响,应用常数变易法以及特征函数法得到了变热传导系数Nd:YAG晶体棒在端面泵浦情况下温度场的一般表达式。定量计算了激光二极管超高斯分布泵浦光阶次、泵浦功率、光斑尺寸以及晶棒半径对其温度场分布的影响。研究结果表明:使用输出功率为60 W的激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG晶棒,若耦合入射的3阶超高斯光束泵浦光斑半径为400μm,晶棒半径为1.5 mm,长度为8 mm时,Nd:YAG棒内最大温升为343.9℃;而将其热导率视为定值时,晶体的最大温升只有222.7℃。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并为提高全固态Nd:YAG激光器性能提供了理论依据。 展开更多

关键词 热效应 激光器 Nd:YAG棒 热传导系数 温度场分布

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腔内多模光束偏心辐射非线性晶体温度场分析 被引量：2

12

作者 刘小建 李隆 +3 位作者 杜长龙 史霞 史彭 甘安生 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期59-63,共5页

为了解决高功率绿光激光器非线性晶体腔内倍频非均匀温升对谐波转换效率的影响问题,对非线性晶体多模光束腔内倍频温度特性进行了解析研究。依据非线性晶体腔内倍频工作状态特点分析,利用热传导方程得到了非线性晶体腔内基波多模光束偏... 为了解决高功率绿光激光器非线性晶体腔内倍频非均匀温升对谐波转换效率的影响问题,对非线性晶体多模光束腔内倍频温度特性进行了解析研究。依据非线性晶体腔内倍频工作状态特点分析,利用热传导方程得到了非线性晶体腔内基波多模光束偏心辐射温度场的一般解析表达式。结果表明,若偏心辐射到晶体的多模束腰光斑为200μm,谐振腔内多模基波功率为500W,多模基波偏心辐射(偏心度ξ=0.33)KTP晶体内的最高温升为79.80℃,相对于同等条件中心辐射的最高温升83.14℃降低了4.0%;当基波入射非线性晶体偏心度增大时,可有效地降低KTP晶体的最高温升。建立的非线性晶体热分析模型符合绿光激光器的实际需要,对于消除非线性晶体热效应影响、提高激光器谐波转换效率具有指导意义。 展开更多

关键词 激光器 腔内倍频 多模光束 偏心辐射 KTP晶体 温度场

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连续激光辅助热加工氧化铝陶瓷热效应分析 被引量：4

13

作者 李隆 薛彪 +3 位作者 张春玲 耿鹰鸽 潘晓瑞 张秋娟 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期13-16,共4页

陶瓷材料的性能优越,其加工难度主要表现在加工硬度和加工脆性上,激光辅助热加工陶瓷材料能够有效避免加工时产生表面裂纹。本文采用半解析的方法对于激光加热氧化铝陶瓷材料时的温度变化进行了模拟,分析了不同方向上温度的变化情况,得... 陶瓷材料的性能优越,其加工难度主要表现在加工硬度和加工脆性上,激光辅助热加工陶瓷材料能够有效避免加工时产生表面裂纹。本文采用半解析的方法对于激光加热氧化铝陶瓷材料时的温度变化进行了模拟,分析了不同方向上温度的变化情况,得出了温度场的分布;根据氧化铝陶瓷温度达到1000 K时即可达到软化效果的理论,探讨了不同参数时温度场的分布,以达到较好的软化效果。研究表明,通过对温度场的计算模拟,选取合适的激光参数对不同尺寸的材料进行软化加工,能够有效且高效的达到切割氧化铝硬性材料的工艺要求。 展开更多

关键词 激光加工 温度场 半解析法 氧化铝陶瓷

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LD单端泵浦变热导率Nd∶YAG方形热容激光器温度场

14

作者 李隆 潘晓瑞 耿鹰鸽 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期82-87,共6页

对方形激光晶体的实际工作特点进行分析,根据热容激光器的管理模式,建立泵浦阶段和冷却阶段的晶体热模型,引入变热传导系数对方程进行求解,分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式。分析了不同的光斑半径、泵浦时间对晶体... 对方形激光晶体的实际工作特点进行分析,根据热容激光器的管理模式,建立泵浦阶段和冷却阶段的晶体热模型,引入变热传导系数对方程进行求解,分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式。分析了不同的光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明：当泵浦功率为60W、光斑半径为800μm、超高斯阶次为3的脉冲激光二极管对晶体进行泵浦时,在将Nd∶YAG晶体的热导率视为常量和变量的情况下,晶体在泵浦端面获得的最大温升分别为149.93℃、180.18℃。激光晶体的尺寸为（20×20×10）mm3,掺钕离子为1.0%。 展开更多

关键词 热容激光器 变热导率 温度场 激光器

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LD端面泵浦变热导率圆片Yb∶YAG激光器的热效应 被引量：7

15

作者 耿鹰鸽 李隆 +2 位作者 潘晓瑞 傅依柳 高当丽 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期103-107,共5页

针对激光二极管端面泵浦圆片Yb∶YAG晶体产生的热效应问题,以实际工作特点为基础,通过热传导理论分析了热效应。分析了不同泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体尺寸因素对变热导率圆片Yb∶YAG晶体温度场的影响。研究结果表明,使用泵... 针对激光二极管端面泵浦圆片Yb∶YAG晶体产生的热效应问题,以实际工作特点为基础,通过热传导理论分析了热效应。分析了不同泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体尺寸因素对变热导率圆片Yb∶YAG晶体温度场的影响。研究结果表明,使用泵浦功率为60W、超高斯阶次为5、光斑半径为400μm的泵浦光对含质量分数为8%、晶体半径为4mm、厚度为0.5mm的圆片Yb∶YAG晶体进行泵浦,在将晶体的热导率分别视为常量和变量时,泵浦端面获得的最大温升分别为52.15℃和59.51℃。根据计算结果,设计了适合的激光器热稳腔,能充分抑制激光器产生的热效应问题。 展开更多

关键词 圆片Yb∶YAG晶体 变热导率 温度场 激光器

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LD端面泵浦变热导率方形Yb∶YAG微片晶体热效应 被引量：2

16

作者 耿鹰鸽 李隆 +2 位作者 潘晓瑞 傅依柳 高当丽 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期489-494,共6页

针对激光二极管端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体产生的热效应问题,运用半解析方法计算该晶体的温场分布。根据连续LD端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体的工作特性,建立符合实际工作情况的热模型,构造初始条件和边界条件。同时考虑到晶体的热导... 针对激光二极管端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体产生的热效应问题,运用半解析方法计算该晶体的温场分布。根据连续LD端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体的工作特性,建立符合实际工作情况的热模型,构造初始条件和边界条件。同时考虑到晶体的热导率是温度的函数,并结合牛顿法求解热传导方程,得到晶体温度场的一般解析表达式。定量分析了不同的泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体厚度因素对变热导率方形Yb∶YAG微片晶体温度场的影响。结果表明:使用泵浦功率为80 W、超高斯阶次为1、光斑半径为400μm的泵浦光对含方形Yb∶YAG微片晶体质量分数为8.0%、晶体的尺寸为4×3×1mm3进行泵浦,将晶体的热导率视为常量和变量时,泵浦端面获得的最大温升分别为41.25℃和52.14℃。研究结果对减小全固态Yb∶YAG晶体的热效应问题具有指导意义。 展开更多

关键词 Yb∶YAG微片晶体 变热导率 温度场 激光器

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脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体热效应 被引量：6

17

作者 李隆 耿鹰鸽 +2 位作者 余庚华 高当丽 史彭 《应用激光》 CSCD 北大核心 2015年第5期597-602,共6页

针对脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体产生的热效应问题,考虑到导热系数与温度的函数关系,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型,运用解析方法计算出Nd:YAG圆棒晶体温场分布。通过对激光晶体工作特点的分析,引入弦截法,得到变热... 针对脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体产生的热效应问题,考虑到导热系数与温度的函数关系,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型,运用解析方法计算出Nd:YAG圆棒晶体温场分布。通过对激光晶体工作特点的分析,引入弦截法,得到变热传导系数Nd:YAG圆棒晶体的温场分布表达式。不仅定量分析了在不同脉冲宽度和光斑半径下Nd:YAG圆棒晶体内部温场时变情况,而且也计算了非稳态及准热平衡态时Nd:YAG圆棒晶体的温度场。计算结果表明,使用输出功率为60 W,脉冲频率为100Hz,脉宽为2ms的三阶超高斯光泵浦Nd:YAG圆棒晶体端面,则尺寸为φ4×8mm3的Nd:YAG的圆棒晶体在达到准热平衡状态时,晶体内部最高温和最低温分别为369.1K和340.5K。研究结果为如何减小激光晶体热效应提供了一定的参考价值。 展开更多

关键词 LD泵浦 热效应 变热传导系数 Nd:YAG圆棒晶体

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连续LD端面泵浦YAG/Yb∶YAG复合晶体温度场分析 被引量：7

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作者 李隆 牛娟 +3 位作者 张春玲 杨建花 薛彪 耿鹰鸽 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第13期277-282,共6页

为了解决激光二极管端面泵浦圆盘晶体引起的热效应问题,根据连续LD端面泵浦圆盘形YAG/Yb∶YAG的工作特点,基于热传导理论建立了复合晶体有限元分析模型。通过设定LD泵浦参数,定量分析了泵浦功率、复合晶体厚度与截面大小对温度场的影响... 为了解决激光二极管端面泵浦圆盘晶体引起的热效应问题,根据连续LD端面泵浦圆盘形YAG/Yb∶YAG的工作特点,基于热传导理论建立了复合晶体有限元分析模型。通过设定LD泵浦参数,定量分析了泵浦功率、复合晶体厚度与截面大小对温度场的影响。研究结果表明,当复合晶体几何结构一定时,随泵浦功率增大,晶体温度升高。当泵浦功率为70 W,经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400μm时,Yb∶YAG晶体厚度为3 mm,当键合的YAG晶体厚度从0 mm变为0.7 mm时,复合晶体内最高径向温升降低了39.7℃,最高轴向温升降低了238.3℃。在相同泵浦条件下,取YAG晶体厚度为0.5 mm,当复合晶体截面半径由8 mm增加至13 mm时,晶体内沿径向的最高温升降低了32.8℃,沿轴向最高温升降低了171.7℃。利用复合晶体能够降低激光晶体内部热效应,对实现全固态Yb∶YAG激光器高功率输出具有指导意义。 展开更多

关键词 激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 复合晶体 温度场

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连续LD端面泵浦方片YAG/Yb:YAG复合晶体热效应分析 被引量：5

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作者 李隆 牛娟 +1 位作者 张春玲 杨建花 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第1期198-203,共6页

以激光二极管(LD)端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象,采用有限元分析方法,并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点,系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。... 以激光二极管(LD)端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象,采用有限元分析方法,并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点,系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400μm。研究结果表明:当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm,YAG晶体厚度为0.1 mm时,随着泵浦功率由60 W增加为80 W,YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大,由37.19℃变为82.92℃;当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时,薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa,最高温升也随之降低了18.18℃,但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升,对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。 展开更多

关键词 激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 热效应 复合晶体

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脉冲LD端面泵浦YAG/Nd∶YAG复合晶体热效应分析 被引量：4

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作者 李隆 杨建花 +3 位作者 张春玲 牛娟 薛彪 耿鹰鸽 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第21期136-140,共5页

为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题,根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点,利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变... 为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题,根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点,利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明,当掺杂晶体厚度为8 mm,未掺杂晶体厚度为3 mm,脉冲宽度为3 ms,经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300μm,重复频率为100 Hz时,使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG,泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84℃和0.12μm。可见,复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。 展开更多

关键词 激光光学 复合晶体 热效应 温度场 激光二极管

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