摘要：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。

摘要：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。