激光二极管抽运Nd:YVO4晶体的三维热效应分析

周英; 戴玉; 姚淑娜; 刘军; 陈家斌; 陈淑芬; 辛建国

doi:10.7498/aps.62.024210

摘要

针对激光二极管抽运的以Nd:YVO4板条晶体为增益介质的激光器件, 基于有限容积法数值分析各向异性介质的热传导方程,给出了Nd:YVO4晶体板条结构的热分布数值模型, 并分别模拟仿真了808nm半导体激光器双端端面抽运,大面均匀抽运,大面周期分布抽运三种抽运结构, 得到了Nd:YVO4板条晶体在这三种抽运结构下的非稳态时不同时刻的温度曲线和稳态时的三维温度分布切面图.

关键词:

热效应 /
Nd:YVO4 /
有限容积法

The thermal effects induced by high-power diode pumping in the Nd:YVO4 slab laser crystal are numerically modeled. Using three-dimensional (3D) finite volume method, an accurate numerical solution based on heat transfer equation is achieved. The transient temperature distribution curves and the steady state 3D temperature distributions of the diode double end-pumped, uniformly face-pumped and the periodical face-pumped Nd:YVO4 slab are presented.

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京理工大学光电学院, 北京 100081;

2.
北京联合大学基础部, 北京 100081;

3.
北京理工大学自动化学院, 北京 100081

Authors and contacts

1.
School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;

2.
Department of Foundation, Beijing Union University, Beijing;

3.
School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China

参考文献

[1]	Yan Y 2009 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing Institute of Technology) (in Chinese) [闫莹 2009 博士学位论文 (北京:北京理工大学)]
[2]	Ma Z 2008 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [马喆 2008 博士学位论文 (北京:清华大学)]
[3]	Li J M 2008 Laser & Optoelectronics Progress 06 16 (in Chinese) [李晋闽 2008 激光与光电子学进展 06 16]
[4]	Hughes D W, Barr J R M 1992 J. Appl. Phys. 25 563
[5]	Koechner W 1999 Solid-State Laser Engineering (fifth edition) (Berlin: Springer Verlag)
[6]	Lee J R, Baker H J, Friel G L, Hilton G J, Hall D R 2002 Opt. Lett. 27 524
[7]	Pelaze D, Faulstich A, Baker H J 1997 Proceeding of SPIE 3092 25
[8]	Gutierrez J C B, Damzen M J, Robkedo V J P 2003 Appl. Phys. B 76 13
[9]	Minassian A, Thompson B, Damzen M J 2003 Appl. Phys. B 76 341
[10]	Poprawe R, Schulz W 2003 Focused on Laser Precision Micro-fabrication 50 3
[11]	Shi P, Jun D, Zhang H L 2004 Opt. Commun. 229 349
[12]	Yan Y, Zhang H L, Liu Y, Yu X L, Zhang H J, He J L, Xin J G 2009 Opt. Lett. 34 2105
[13]	Eggleston J M, Kane T J, Kuhn K, Unternahrer J, Byer R L 1984 IEEE J. Quant. Electron. 20 289
[14]	Kane T J, Eggleston J M, Byer R L 1985 IEEE J. Quant. Electron. 21 137
[15]	Bermudez G J C, Robledo V J P, Kiryanov A V, Damzen M J 2002 Opt. Commun. 210 75
[16]	Ma Z, Li D J, Gao J C, Wu N L, Du K M 2007 Opt. Commun. 275 179
[17]	Ai Q K, Chang L, Chen M, Li G, Ma Y F, Fan Z W, Niu G, Yu J, Kang W Y, He K 2011 J. Chin. Laser 38 0402001 (in Chinese) [艾庆康, 常亮, 陈檬, 李港, 麻云凤, 樊仲维, 牛岗, 余锦, 康文运, 贺凯 2011 中国激光 38 0402001]
[18]	Tao W Q 2010 Numerical Heat Transfer (second edition) (Xi'an: Xi'an Jiao Tong University Press) p16 (in Chinese) [陶文铨 2010 数值传热学(第二版)(西安:西安交通大学出版社) 第16页]
[19]	Manole D M, Lage J L 1993 Numer. Heat Transfer. Part B 23 351
[20]	Sha P F 2011 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing Institute of Technology) (in Chinese) [沙鹏飞 2011 博士学位论文 (北京:北京理工大学)]
[21]	Sha P F, Xin J G, Fang L P, Liu Z F, Zhou Y, Zhang H L, Yu S L, Wen J G 2010 Opt. Lett. 35 2329
[22]	Oka M, Masuda H, Kaneda Y, Kubota S 1992 IEEE J. Quant. Electron. 28 1142

施引文献

[1]	Yan Y 2009 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing Institute of Technology) (in Chinese) [闫莹 2009 博士学位论文 (北京:北京理工大学)]
[2]	Ma Z 2008 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [马喆 2008 博士学位论文 (北京:清华大学)]
[3]	Li J M 2008 Laser & Optoelectronics Progress 06 16 (in Chinese) [李晋闽 2008 激光与光电子学进展 06 16]
[4]	Hughes D W, Barr J R M 1992 J. Appl. Phys. 25 563
[5]	Koechner W 1999 Solid-State Laser Engineering (fifth edition) (Berlin: Springer Verlag)
[6]	Lee J R, Baker H J, Friel G L, Hilton G J, Hall D R 2002 Opt. Lett. 27 524
[7]	Pelaze D, Faulstich A, Baker H J 1997 Proceeding of SPIE 3092 25
[8]	Gutierrez J C B, Damzen M J, Robkedo V J P 2003 Appl. Phys. B 76 13
[9]	Minassian A, Thompson B, Damzen M J 2003 Appl. Phys. B 76 341
[10]	Poprawe R, Schulz W 2003 Focused on Laser Precision Micro-fabrication 50 3
[11]	Shi P, Jun D, Zhang H L 2004 Opt. Commun. 229 349
[12]	Yan Y, Zhang H L, Liu Y, Yu X L, Zhang H J, He J L, Xin J G 2009 Opt. Lett. 34 2105
[13]	Eggleston J M, Kane T J, Kuhn K, Unternahrer J, Byer R L 1984 IEEE J. Quant. Electron. 20 289
[14]	Kane T J, Eggleston J M, Byer R L 1985 IEEE J. Quant. Electron. 21 137
[15]	Bermudez G J C, Robledo V J P, Kiryanov A V, Damzen M J 2002 Opt. Commun. 210 75
[16]	Ma Z, Li D J, Gao J C, Wu N L, Du K M 2007 Opt. Commun. 275 179
[17]	Ai Q K, Chang L, Chen M, Li G, Ma Y F, Fan Z W, Niu G, Yu J, Kang W Y, He K 2011 J. Chin. Laser 38 0402001 (in Chinese) [艾庆康, 常亮, 陈檬, 李港, 麻云凤, 樊仲维, 牛岗, 余锦, 康文运, 贺凯 2011 中国激光 38 0402001]
[18]	Tao W Q 2010 Numerical Heat Transfer (second edition) (Xi'an: Xi'an Jiao Tong University Press) p16 (in Chinese) [陶文铨 2010 数值传热学(第二版)(西安:西安交通大学出版社) 第16页]
[19]	Manole D M, Lage J L 1993 Numer. Heat Transfer. Part B 23 351
[20]	Sha P F 2011 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing Institute of Technology) (in Chinese) [沙鹏飞 2011 博士学位论文 (北京:北京理工大学)]
[21]	Sha P F, Xin J G, Fang L P, Liu Z F, Zhou Y, Zhang H L, Yu S L, Wen J G 2010 Opt. Lett. 35 2329
[22]	Oka M, Masuda H, Kaneda Y, Kubota S 1992 IEEE J. Quant. Electron. 28 1142

[1]	高铭萱, 张洋, 张军. 双级PIN限幅器的微波脉冲响应机理及规律. 物理学报, 2024, 73(6): 068401. doi: 10.7498/aps.73.20231495
[2]	何宇, 陈伟斌, 洪宾, 黄文涛, 张昆, 陈磊, 冯学强, 李博, 刘菓, 孙笑寒, 赵萌, 张悦. 热效应在电流驱动反铁磁/铁磁交换偏置场翻转中的显著作用. 物理学报, 2024, 73(2): 027501. doi: 10.7498/aps.73.20231374
[3]	张玫玫, 吴意赟, 于洁, 屠娟, 章东. 脉冲占空比对磁性微泡介导的聚焦超声温升效应的影响. 物理学报, 2023, 72(8): 084301. doi: 10.7498/aps.72.20230068
[4]	彭晓昱, 周欢. 太赫兹波生物效应. 物理学报, 2022, (): . doi: 10.7498/aps.71.20211996
[5]	彭晓昱, 周欢. 太赫兹波生物效应. 物理学报, 2021, 70(24): 240701. doi: 10.7498/aps.70.20211996
[6]	苑佳华, 张恒利, 毛叶飞, 郝相龙, 邢冀川, 辛建国. 160W端面抽运正支混合腔板条激光器的研究. 物理学报, 2016, 65(19): 194206. doi: 10.7498/aps.65.194206
[7]	陈桂波, 张佳佳, 王超群, 毕娟. 一种基于激光辐照热效应的薄膜参数反演方法. 物理学报, 2016, 65(12): 124401. doi: 10.7498/aps.65.124401
[8]	毛叶飞, 张恒利, 徐浏, 邓波, 桑思晗, 何京良, 邢冀川, 辛建国, 江毅. 激光二极管双端直接抽运混合腔板条激光器. 物理学报, 2015, 64(1): 014203. doi: 10.7498/aps.64.014203
[9]	陶汝茂, 周朴, 王小林, 司磊, 刘泽金. 高功率全光纤结构主振荡功率放大器中模式不稳定现象的实验研究. 物理学报, 2014, 63(8): 085202. doi: 10.7498/aps.63.085202
[10]	胡淼, 张慧, 张飞, 刘晨曦, 徐国蕊, 邓晶, 黄前锋. 用于光生毫米波的双频微片激光器热致频差特性研究. 物理学报, 2013, 62(20): 204205. doi: 10.7498/aps.62.204205
[11]	刘海强, 过振, 王石语, 林林, 郭龙成, 李兵斌, 蔡德芳. 二极管端面抽运固体激光器晶体棒与热沉接触热导研究. 物理学报, 2011, 60(1): 014212. doi: 10.7498/aps.60.014212
[12]	刘全喜, 钟鸣. 激光二极管阵列端面抽运复合棒状激光器热效应的有限元法分析. 物理学报, 2010, 59(12): 8535-8541. doi: 10.7498/aps.59.8535
[13]	王健, 李应红, 程邦勤, 苏长兵, 宋慧敏, 吴云. 等离子体气动激励控制激波的机理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5513-5519. doi: 10.7498/aps.58.5513
[14]	董浩, 任敏, 张磊, 邓宁, 陈培毅. 电流驱动磁化翻转中的热效应. 物理学报, 2009, 58(10): 7176-7182. doi: 10.7498/aps.58.7176
[15]	宋小鹿, 过振, 李兵斌, 王石语, 蔡德芳, 文建国. 脉冲激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器晶体时变热效应. 物理学报, 2009, 58(3): 1700-1708. doi: 10.7498/aps.58.1700
[16]	王立世, 潘春旭, 蔡启舟, 魏伯康. 等离子体电解氧化过程中单个稳态微放电的热效应研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5341-5346. doi: 10.7498/aps.56.5341
[17]	吴坚. AlInGaAs垂直谐振腔顶面发射半导体激光器横向温度效应的解析热模型及其表征. 物理学报, 2006, 55(11): 5848-5854. doi: 10.7498/aps.55.5848
[18]	季小玲, 陶向阳, 吕百达. 光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响. 物理学报, 2004, 53(3): 952-960. doi: 10.7498/aps.53.952
[19]	张潮波, 宋峰, 孟凡臻, 丁欣, 张光寅, 商美茹. 利用输出功率测量激光二极管端面抽运的固体激光器热透镜焦距. 物理学报, 2002, 51(7): 1517-1520. doi: 10.7498/aps.51.1517
[20]	冯衍, 宋峰, 赵丽娟, 张潮波, 郭红沧, 张光寅. LD抽运Nd:YVO4晶体中的上转换及其影响. 物理学报, 2001, 50(2): 335-340. doi: 10.7498/aps.50.335

计量

文章访问数: 5842
PDF下载量: 562
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板