Affiliation of Author(s):
理学院
Key Words:
激光二极管； 温度场； 热形变； 复合晶体； 单端键合； 双端键合
Abstract:
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 400 μm 时， YAG 晶体厚度 c1 为 1 mm，增益晶体厚度 c2 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、0.172 μm。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。
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