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激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂介质激光器热效应的有限元法分析

刘全喜 任钢 李轶国 岳通 王莉 肖星 邓翠 李佳玲

刘全喜, 任钢, 李轶国, 岳通, 王莉, 肖星, 邓翠, 李佳玲. 激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂介质激光器热效应的有限元法分析[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105004-1105004(11). doi: 10.3788/IRLA201948.1105004
引用本文: 刘全喜, 任钢, 李轶国, 岳通, 王莉, 肖星, 邓翠, 李佳玲. 激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂介质激光器热效应的有限元法分析[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105004-1105004(11). doi: 10.3788/IRLA201948.1105004
Liu Quanxi, Ren Gang, Li Yiguo, Yue Tong, Wang Li, Xiao Xing, Deng Cui, Li Jialing. Finite element method analysis of thermal effect in gradient dopant concentration medium laser end-pumped by laser diode[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(11): 1105004-1105004(11). doi: 10.3788/IRLA201948.1105004
Citation: Liu Quanxi, Ren Gang, Li Yiguo, Yue Tong, Wang Li, Xiao Xing, Deng Cui, Li Jialing. Finite element method analysis of thermal effect in gradient dopant concentration medium laser end-pumped by laser diode[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(11): 1105004-1105004(11). doi: 10.3788/IRLA201948.1105004

激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂介质激光器热效应的有限元法分析

doi: 10.3788/IRLA201948.1105004
基金项目: 

总装十三五预先研究资助项目

详细信息
    作者简介:

    刘全喜(1977-),男,高级工程师,博士,主要从事强激光技术及激光与物质相互作用方面的研究。Email:liuquanxi234@sohu.com

  • 中图分类号: TN248.1

Finite element method analysis of thermal effect in gradient dopant concentration medium laser end-pumped by laser diode

  • 摘要: 基于能量均分方法,根据经典热传导和热弹性理论,建立了激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂棒状激光介质的数值模型,考虑到梯度浓度掺杂激光介质端面与空气的对流换热和激光介质材料的热力学参数的温度相关性,运用有限元法,得出了单一浓度掺杂、2阶阶变梯度浓度掺杂、5阶阶变梯度浓度掺杂和理想梯度浓度掺杂四种掺杂结构激光介质内吸收系数、抽运光吸收功率、温度、热应力和应变的空间分布。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以大大提高激光介质内抽运光吸收分布的均匀性,5阶阶变梯度浓度掺杂激光介质的最高温度、最大主拉应力和最大主应变分别为单一浓度掺杂激光介质的42.6%、31.9%和28.1%,可见明显减小了热效应的影响。理论分析结果可为激光二极管抽运梯度浓度掺杂激光器的合理优化设计提供数据理论支撑。
  • [1] Hu Xing, Cheng Dejiang, Guo Zhiyan, et al. Highly efficient RTP electro-optic Q-switched Nd:YVO4 laser by end-pumping at 914 nm[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(1):0105001. (in Chinese)
    [2] Qu Pengfei, Wang Shiyu, Guo Zhen, et al. Adaptive adjusting technique of thermal effect to laser beam quality[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(5):0514001. (in Chinese)
    [3] Zhu Junchao, Dou Ziwen, Li Jiaqiang, et al. High-precision and wide-range optical crystal temperature control system[J]. Optics and Precision Engineering, 2018, 26(7):1604-1611. (in Chinese)
    [4] Li Yao, Li Yang, Wang Chao. Absorption light field of side-pumped Nd:YAG crystal in LD planar arrays[J]. Chinese Optics, 2018, 11(2):206-211. (in Chinese)
    [5] Yin Xiaoxue, Guo Zhen, Li Bingbin, et al. Laser crystal thermal effect and ladder pump technology[J]. Electronic Sci Tech, 2010, 23(2):39-41. (in Chinese)
    [6] Lei Chengqiang, Wang Yuefeng, Yin Zhiyong, et al. Theoretical analysis of pumping homogeneity in gradient dopant concentration composite slab[J]. Laser Technology, 2012, 36(3):428-432. (in Chinese)
    [7] Wang Jianlei, Li Lei, Qiao Liang, et al. Theoretical analysis of temperature and stress distribution in end-pumped domposite ceramic Nd:YAG laser slab[J]. Chinese Journal of Lasers, 2009, 36(7):1777-1783. (in Chinese)
    [8] Shan Xiaotong, Yan Xiongwei, Zhang Xiongjun, et al. Analysis of thermal characteristics in laser diode pump solid-state laser with variable doping amplifying medium[J]. Chinese Journal of Lasers, 2011, 38(1):0102009. (in Chinese)
    [9] Zhang Jian, Yu Yongji, Jiang Chengyao, et al. Experiment comparison of acousto-optical Q-switching and RTP electro-optical Q-switching of high repetition frequency Nd:YVO4 laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2):0205002. (in Chinese)
    [10] Liu Quanxi, Zhong Ming. Analysis on thermal effect of laser-diode array end-pumped composite rod laser by finite element method[J]. Acta Physica Sinica, 2010, 59(12):8535-8541. (in Chinese)
    [11] Dascalu T, Pavel N, Tair T. 90 W continuous-wave diode edge-pumped microchip composite Yb:Y3Al5O12 laser[J]. Applied Physics Letters, 2003, 83(20):4086-4088.
    [12] Zhang Kuo, Chen Fei, Li Ruolan, et al. Analysis on thermal performance of output window in high power CO2 laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2):0205005.
    [13] Lan Shuo, Li Xinnan, Wu Chunfeng, et al. Analysis on thermal performance of fast steering mirror irradiated by high power CW laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(10):1020003. (in Chinese)
    [14] Brown D C. Nonlinear thermal distortion in YAG rod amplifiers[J]. IEEE J Quantum Electron, 1998, 34(12):2383-2392.
    [15] Sun Ziwen. Establishment and application of multi-parameter strength theory for brittle materials[D]. Shenyang:Shenyang University of Technology, 2017:1-2. (in Chinese)
    [16] Li Shixia. Investigation on the thermal effect and (ultra) short pulse laser performance of concentration gradient composite[D]. Jinan:Shandong University, 2016:47-48. (in Chinese)
  • [1] 赵丽娟, 吴雨静, 徐志钮.  高阶轨道角动量传输光纤设计及传输特性研究(内封底文章) . 红外与激光工程, 2024, 53(3): 20240007-1-20240007-13. doi: 10.3788/IRLA20240007
    [2] 李昕阳, 李隆, 任嘉欣, 贺政隆, 石镨, 宁江浩, 张春玲.  激光二极管端泵Yb:YAG晶体的温度场及应力场 . 红外与激光工程, 2024, 53(3): 20230683-1-20230683-8. doi: 10.3788/IRLA20230683
    [3] 赵丽娟, 尹丽星, 徐志钮.  基于布里渊动态光栅的横向压力传感器设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230137-1-20230137-9. doi: 10.3788/IRLA20230137
    [4] 孙佳宁, 王雨雷, 张雨, 齐瑶瑶, 丁洁, 颜秉政, 白振旭, 吕志伟.  LD端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体热效应分析 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230349-1-20230349-12. doi: 10.3788/IRLA20230349
    [5] 张鹏辉, 赵扬, 李鹏, 周志权, 白雪, 马健.  基于有限元法的激光声磁检测系统优化研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210533-1-20210533-9. doi: 10.3788/IRLA20210533
    [6] 万颖超, 杨保来, 奚小明, 张汉伟, 叶云, 王小林.  不同泵浦波长光纤激光器模式不稳定效应对比 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210256-1-20210256-8. doi: 10.3788/IRLA20210256
    [7] 李志杰, 孔庆庆, 张明栋, 金子蘅, 卞殷旭, 沈华, 朱日宏.  万瓦级激光光闸的热效应分析及处理 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20210909-1-20210909-8. doi: 10.3788/IRLA20210909
    [8] 张玥婷, 谭毅, 王继红, 彭起, 杨智焜.  激光窗口杂散光固气耦合热效应对光束质量的影响 . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20210966-1-20210966-9. doi: 10.3788/IRLA20210966
    [9] 王娟, 黄海洲, 黄见洪, 葛燕, 戴殊韬, 邓晶, 林紫雄, 翁文, 林文雄.  泵浦线宽和波长飘移对全固态Tm激光器性能的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 405002-0405002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0405002
    [10] 祁云平, 张雪伟, 胡月, 胡兵兵, 王向贤.  内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列的宽频异常透射 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 213-218. doi: 10.3788/IRLA201847.S107001
    [11] 李志全, 刘同磊, 白兰迪, 谢锐杰, 岳中, 冯丹丹, 顾而丹.  纳米光栅的表面等离激元增强型GaN-LED . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 920005-0920005(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0920005
    [12] 周广龙, 徐建明, 陆健, 李广济, 张宏超.  三结太阳电池栅线对激光辐照中的传热影响研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1220001-1220001(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1220001
    [13] 张海伟, 盛泉, 史伟, 白晓磊, 付士杰, 姚建铨.  高功率双包层掺铥光纤放大器温度分布特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 622004-0622004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.062200
    [14] 贺小伟, 陈政, 侯榆青, 郭红波.  简化球谐近似模型的图形处理器加速求解 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 624002-0624002(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0624002
    [15] 程勇, 朱孟真, 马云峰, 魏靖松, 刘旭, 丁方正, 谭朝勇, 陈霞, 郭延龙, 初华.  激光复合损伤机理与效应研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1105005-1105005(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1105005
    [16] 肖凯博, 蒋新颖, 袁晓东, 郑建刚, 郑万国.  间隔掺杂低温Yb:YAG叠片放大器的热效应优化 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1206004-1206004(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1206004
    [17] 张德平, 吴超, 张蓉竹, 孙年春.  LD 端面泵浦分离式放大器结构的热效应研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2250-2255.
    [18] 丁玲, 王涛, 杨洪波, 贾宏光.  高精度标准镜支撑结构的研究与设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1172-1175.
    [19] 许艳军, 赵宇宸, 沙巍, 齐光.  大尺寸SIC空间反射镜离子束加工热效应分析与抑制 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2556-2561.
    [20] 马依拉木·木斯得克, 姚建铨, 陆颖, 吴宝群, 郝丛静, 段亮成.  高双折射高非线性低损耗八边形光子晶体光纤特性 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3373-3378.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-22
  • 修回日期:  2019-09-21
  • 刊出日期:  2019-11-25

激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂介质激光器热效应的有限元法分析

doi: 10.3788/IRLA201948.1105004
    作者简介:

    刘全喜(1977-),男,高级工程师,博士,主要从事强激光技术及激光与物质相互作用方面的研究。Email:liuquanxi234@sohu.com

基金项目:

总装十三五预先研究资助项目

  • 中图分类号: TN248.1

摘要: 基于能量均分方法,根据经典热传导和热弹性理论,建立了激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂棒状激光介质的数值模型,考虑到梯度浓度掺杂激光介质端面与空气的对流换热和激光介质材料的热力学参数的温度相关性,运用有限元法,得出了单一浓度掺杂、2阶阶变梯度浓度掺杂、5阶阶变梯度浓度掺杂和理想梯度浓度掺杂四种掺杂结构激光介质内吸收系数、抽运光吸收功率、温度、热应力和应变的空间分布。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以大大提高激光介质内抽运光吸收分布的均匀性,5阶阶变梯度浓度掺杂激光介质的最高温度、最大主拉应力和最大主应变分别为单一浓度掺杂激光介质的42.6%、31.9%和28.1%,可见明显减小了热效应的影响。理论分析结果可为激光二极管抽运梯度浓度掺杂激光器的合理优化设计提供数据理论支撑。

English Abstract

参考文献 (16)

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