激光晶体径向温度减小方法的发展现状研究

李瑞贤　李真真

摘 要 固体激光的热效应一直限制着固体激光器的平均功率水平，热畸变引起的像差严重破坏了固体激光器的光束质量。随着激光二极管技术水平的迅速提高和制造工艺的日臻完善，二极管抽运固体激光技术也取得了长足的进步，二极管泵浦固体激光器中工作物质的热效应大为降低。但仍不可避免地存在着热效应的问题。本文主要对固体激光器晶体的径向温度分布的减小方法发展现状和发展趋势进行了研究。

关键词 激光晶体 径向温度分布 发展趋势

中图分类号：TG156.33 文献标识码：A

0前言

固体激光器在运转的过程中吸收泵浦光能量，除小部分以激光方式输出外，大多数能量转变为热并沉积在激光工作物质内使其产生温升，在不断重复泵浦和热传导作用下，工作物质中温度梯度的存在使原本折射率完全均匀的工作物质变为折射率不均匀的工作物质。由于固体激光器中热效应一直影响着高输出功率和高光束质量，因此，有利于激光工作物质散热是选择激光器工作物质形状的一种因素。因为激光工作物质的热效应严重影响了固体激光器的发展。所以限制热梯度的增加和减小温度梯度对波前影响是获得高光束质量、高功率输出的关键。因此国外为解决固体激光器的热效应问题做不少工作。

1国内外径向温度减小方法的发展现状

在早期的固体激光器中，工作物质通常被加工成圆柱形，这种激光棒目前仍然被国内外广泛使用，但圆柱型的激光棒有很大的径向温度梯度，这种温度梯度是随激光棒直径增加而增大。为了更好散热，减小固体激光器的热效应，人们还把工作物质制造为板条形状、盘片形状等等。目的是在给定激光材料体积情况下增加冷却面积，板条形状激光棒在1972年由美国通用电气公司申报了美国专利。专利号：NO.3.633.126。

板条形状有好的散热条件，但是光学加工难度很大，而且宽而薄的板条固定技术也是困难的，同时制造这样的板条还需要大直径晶体，生长大直径晶体的费用很高。1991年，中国专利申请号为：90205494.5，名称为：新型激光棒。它是在激光棒柱面上刻槽，改变截面面型，扩大散热面。但是这种激光棒加工工艺要求高，实现也不容易。

激光二极管阵列（LDA）泵浦同体激光器，因其与灯泵浦同体激光器相比较，具有效率高、结构紧凑、性能稳定等优点，已经被广泛应用。然而，随着抽运功率的提高。激光品体的热效应同样也非常严重。

近年来，很多人对激光介质的热效应进行了研究lJ-嘲。激光二极管的光束是高斯或者近高斯分布，根据抽运光的特点，以往假设激光晶体轴向抽运光是均匀分布的已经不适用。

由于全固态激光器的应用既要求有高的输出功率又要求有较高的光束质量，为了改善激光晶体热效应对激光光束质量的影响。在圆柱形的激光晶体中轴线上穿一个孔，孔的形状可以根据激光晶体的形状而定，形成中空的激光晶体，在激光晶体的中空部分加上强制型冷却。

2径向温度减小方法的发展现状

提高冷却技术：现有技术下，激光晶体中心部分没有加入冷却，激光棒内存在很大的温度梯度。

提高泵浦技术：激光二极管阵列（LDA）泵浦同体激光器，因其与灯泵浦同体激光器相比较，具有效率高、结构紧凑、性能稳定等优点，已经被广泛应用。然而，随着抽运功率的提高。激光品体的热效应同样也非常严重。近年来，很多人对激光介质的热效应进行了研究。

3结论

高功率激光器技术向着更高功率、更好光束质量、更佳大气传输性能、更高能量转换效率、更紧凑简便的方向发展。在圆柱状的激光棒圆周和中心进行冷却，增大了冷却面积，减小了沿激光棒径向的温度差，因而折射率梯度也减小了，因此：晶体的热透镜效应得到改善，可以提高激光输出功率和光束质量；光束通过晶体不同位置时经历光学长度差异减小，可以有效改善光束产生的波前畸变。并且激光棒易于加工和固定。

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