固体激光工作物质的热效应中国工控网中国自动化企业

光电子技术(2)(激光器件)4固体激光工作物质的热效应4.固体激光工作物质的热效应4.1连续激光器的热效应4.2单次和重复率脉冲激光器的热效应4.3热效应的消除和补偿2热效应涉及的现象和理论现象温度猝灭热应力热致双折射热透镜理论热弹理论弹光理论虎克定律热传导理论34.1连续激光器的热效应热平衡下棒内温度分布激光棒的热应力激光棒的热应力双折射激光棒的热透镜效应44.1.1热平衡下棒内温度分布在热平衡状态下，忽略冷却介质沿轴向的微小温度变化认为热流主要沿棒的径向传导热传导方程：T温度，Q单位体积内发热功率，r棒横截面内任一半径大小，K热导率。rr05热传导方程的解热传导方程为一欧拉方程，取r=et，即可转为常微分方程，最终得到方程解为：棒表面的温度6热传导方程的解棒中心的温度：（4.1-1)式变为：抛物线型7单位体积内发热功率Q整根棒的热耗散功率泵浦源的输入功率热耗散功率系数激光棒长度8热耗散功率与冷却水的热平衡方程棒的表面积热传递系数棒表面与冷却介质的温差9热传递系数10棒表面与中中心的温度度中心与表面面温差：11温度分布12习题7一台连续YAG激光器，激激光棒尺寸寸为Φ5×50mm2，冷却水温温度TF＝20℃，激光棒的的热耗散功功率Pd＝600W，YAG的热导率K＝0.11Wcm-1℃-1，冷却水与与激光棒之之间的热传传递系数h＝3Wcm-2℃-1。求：T(0)，T(r0)13激光棒的热热应力应力：应变：虎克定律：：泊松比：热膨胀线膨胀系数数杨氏模量14各向同性物物质的热应应力假设具有自自由端的各各向同性的的激光棒，，无其它外外来作用时时，依据前前述温度分分布和热弹弹理论的结结论，应力力可用下式式表示：径向：切向：轴向：15各向同性物物质的热应应力16最大应力Nd:YAG的抗张强度度为1800～2100Kg/cm2，对应的单单位长度的的热耗散功功率约为150W/cm。最大应力出出现在棒表表面和棒中中心：17热冲击波参参量材料：玻璃CSGGYAGAl2O3R(W/cm)16.57.9100热冲击波参参量18激光棒的热热应力双折折射热耗散功率率应力应变光率体折射率双折射热弹理论温度分布虎克定律光弹效应19光率体主轴化：20弹光效应弹光系数，，对于YAG具有3各独立分量量21[001]方向Nd：YAG的热致双折折射XY22[001]方向Nd：YAG的热致双双折射23[001]方向Nd：YAG的热致双折折射24[111]方向Nd：YAG的热致双折折射XY25[111]方向Nd：YAG的热致双折折射26[111]方向Nd：YAG的热致双双折射W/cm3cm27[111]方向Nd：YAG的热致双双折射XY28退偏效应传输常数：：29激光棒的热热透镜效应应温度差引起起的折射率率变化热应力引起起的折射率率变化30温度引起的的折射率变变化Nd：YAG的折射率温温度系数7.3×10-6℃-131热应力引起起的折射率率变化32热透镜效应应热透镜效应应系数：热焦距：33端面效应对于Nd：YAG主平面：34热效应的总总焦距354.2单次和重复复率脉冲激激光器的热热效应单次脉冲激激光器的热热效应36单次脉冲泵泵浦时棒内内温度的分分布37温度分布与与半径和时时间的关系系曲线使用15cm长螺旋氙灯灯，注入11500焦耳，泵浦浦直径1cm，长7.5cm的钕玻璃棒棒38重复频率脉脉冲激光器器39热累积404.3热效应的消消除和补偿偿冷却与滤光光光学补偿非圆柱工作作物质41冷却与滤光光一、冷却液体冷却气体冷却传导冷却二、滤光滤光液滤光玻璃42一、冷却—液体冷却43液体冷却44气体冷却45传导冷却46二、滤光全腔水冷分别水冷滤光玻璃：：掺铈（Ce）、钐（Sm）石英玻璃璃，硒镉玻玻璃滤光液：0.3~1%重铬酸钾，，1%~2%亚硝酸钠47光学补偿1、热透镜效效应的补偿偿修磨端面热不灵敏腔腔2、热应力双双折射补偿偿旋光90度石英旋光光片波片,Po