固體激光工作物質的熱效應中國工控網(wǎng)中國自動化企業(yè)

光電子技術(2)(激光器件)4固體激光工作物質的熱效應4.固體激光工作物質的熱效應4.1連續(xù)激光器的熱效應4.2單次和重復率脈沖激光器的熱效應4.3熱效應的消除和補償2熱效應涉及的現(xiàn)象和理論現(xiàn)象溫度猝滅熱應力熱致雙折射熱透鏡理論熱彈理論彈光理論虎克定律熱傳導理論34.1連續(xù)激光器的熱效應熱平衡下棒內(nèi)溫度分布激光棒的熱應力激光棒的熱應力雙折射激光棒的熱透鏡效應44.1.1熱平衡下棒內(nèi)溫度分布在熱平衡狀態(tài)下，忽略冷卻介質沿軸向的微小溫度變化認為熱流主要沿棒的徑向傳導熱傳導方程：T溫度，Q單位體積內(nèi)發(fā)熱功率，r棒橫截面內(nèi)任一半徑大小，K熱導率。rr05熱傳導方程的解熱傳導方程為一歐拉方程，取r=et，即可轉為常微分方程，最終得到方程解為：棒表面的溫度6熱傳導方程的解棒中心的溫度：（4.1-1)式變?yōu)椋簰佄锞€型7單位體積內(nèi)發(fā)熱功率Q整根棒的熱耗散功率泵浦源的輸入功率熱耗散功率系數(shù)激光棒長度8熱耗散功率與冷卻水的熱平衡方程棒的表面積熱傳遞系數(shù)棒表面與冷卻介質的溫差9熱傳遞系數(shù)10棒表面面與中中心的的溫度度中心與與表面面溫差差：11溫度分分布12習題7一臺連連續(xù)YAG激光器器，激激光棒棒尺寸寸為Φ5××50mm2，冷卻卻水溫溫度TF＝20℃℃，激光光棒的的熱耗耗散功功率Pd＝600W，YAG的熱導導率K＝0.11Wcm-1℃-1，冷卻卻水與與激光光棒之之間的的熱傳傳遞系系數(shù)h＝3Wcm-2℃-1。求：T(0)，T(r0)13激光棒棒的熱熱應力力應力：：應變：：虎克定定律：：泊松比比：熱膨脹脹線膨脹脹系數(shù)數(shù)楊氏模模量14各向同同性物物質的的熱應應力假設具具有自自由端端的各各向同同性的的激光光棒，，無其其它外外來作作用時時，依依據(jù)前前述溫溫度分分布和和熱彈彈理論論的結結論，，應力力可用用下式式表示示：徑向：：切向：：軸向：：15各向同同性物物質的的熱應應力16最大應應力Nd:YAG的抗張張強度度為1800～2100Kg/cm2，對應應的單單位長長度的的熱耗耗散功功率約約為150W/cm。最大應應力出出現(xiàn)在在棒表表面和和棒中中心：：17熱沖擊擊波參參量材料：玻璃CSGGYAGAl2O3R(W/cm)16.57.9100熱沖擊擊波參參量18激光棒棒的熱熱應力力雙折折射熱耗散散功率率應力應變光率體體折射率率雙折射射熱彈理理論溫度分分布虎克定定律光彈效效應19光率體體主軸化化：20彈光效效應彈光系系數(shù)，，對于于YAG具有3各獨立立分量量21[001]方向Nd：YAG的熱致致雙折折射XY22[001]方向向Nd：：YAG的熱致致雙折射射23[001]方向Nd：YAG的熱致雙雙折射24[111]方向Nd：YAG的熱致雙雙折射XY25[111]方向Nd：YAG的熱致雙雙折射26[111]方向向Nd：：YAG的熱致致雙折射射W/cm3cm27[111]方向向Nd：：YAG的熱致致雙折射射XY28退偏效應應傳輸常數(shù)數(shù)：29激光棒的的熱透鏡鏡效應溫度差引引起的折折射率變變化熱應力引引起的折折射率變變化30溫度引起起的折射射率變化化Nd：YAG的折射率率溫度系系數(shù)7.3××10-6℃-131熱應力引引起的折折射率變變化32熱透鏡效效應熱透鏡效效應系數(shù)數(shù)：熱焦距：：33端面效應應對于Nd：YAG主平面：：34熱效應的的總焦距距354.2單次和重重復率脈脈沖激光光器的熱熱效應單次脈沖沖激光器器的熱效效應36單次脈沖沖泵浦時時棒內(nèi)溫溫度的分分布37溫度分布布與半徑徑和時間間的關系系曲線使用15cm長螺旋氙氙燈，注注入11500焦耳，泵泵浦直徑徑1cm，長7.5cm的釹玻璃璃棒38重復頻率率脈沖激激光器39熱累積404.3熱效應的的消除和和補償冷卻與濾濾光光學補償償非圓柱工工作物質質41冷卻與濾濾光一、冷卻卻液體冷卻卻氣體冷卻卻傳導冷卻卻二、濾光光濾光液濾光玻璃璃42一、冷卻卻—液體冷卻卻43液體冷卻卻44氣體冷卻卻45傳導冷卻卻46二、濾光光全腔水冷冷分別水冷冷濾光玻璃璃：摻鈰鈰（Ce）、釤（（Sm）石英玻玻璃，硒硒鎘玻璃璃濾光液：：0.3~1%重鉻酸鉀鉀，1%~2%亞硝酸鈉鈉47光學補償償1、熱透鏡鏡效應的的補償修磨端面面熱不靈敏敏腔2、熱應力力雙折射射補償旋光90度石英旋旋光片波