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材料的导热特性是高能激光介质的重要特性,同时激光工作物质的温度场及应力分布是高能激光系统中所关心的问题。GGG系列激光晶体及YAG晶体是优良的高能激光工作物质,本文对它们导热特性及其在LD泵浦下温度场分布及应力特性进行了研究。
采用瞬态脉冲法测量了生长的9种激光晶体的热导率值,得到了273-393K温度范围内其热导率随温度变化的曲线,通过实验结果的讨论得到一些有价值的结果。实验结果表明热导率随温度的倒数变化趋势符合e指数变化规律,这主要是由于在此温度范围内,热导率随温度变化主要受到声子平均自由程变化的影响,声子自由程与温度的倒数呈e指数关系所致。YAG,GGG,GSGG中,晶格结构组分和杂质散射因素导致热导率有很大的差异。
研究了热容模式下圆形、矩形LD阵列端面泵浦Nd∶GGG激光晶体圆盘的温度场、应力场分布。根据实际情况建立了物理模型,从热传导微分方程出发,通过格林函数法求得了激光器工作、冷却阶段晶体内部温度场的解析解。数值计算结果表明:与矩形光斑泵浦相比,圆形LD光斑泵浦圆盘激光介质具有较大区域的平坦温度场和更低的热应力,是大功率高光束质量圆盘激光器的理想泵浦方式。本工作为设计高功率、高质量、高稳定性的激光系统提供了可靠的数据和有用的结论。