《固体激光器热效应及其像差研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体激光器热效应及其像差研究（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学硕士学位论文固体激光器热效应及其像差研究姓名：李瑞贤申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：袁孝20080524I华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 高输出功率和高光束质量是当代工业加工和科学研究对固体激光器的要求但固体激光器中热效应引起的动态畸变严重影响了这些性能指标因此必须对固体激光器中由热效应引起的动态畸变进行研究以便采取措施补偿动态畸变 本论文的主要目的是利用哈特曼波前探测器测量固体激光器中由热效应引起的像差通过与理论计算得到的像差进行比较修正了理论计算中的不足对固体激光器中的热效应以及由热效应引起的像差进行理论分析首先假设热源强度分布是均匀的从热传
2、导方程出发分析各种热效应及其补偿措施其次假设热源强度分布是以泰勒级数展开的多项式形式讨论固体激光器中的温度分布在热效应分析的基础上计算固体激光器中由热效应引起的动态畸变并以像差的形式表示像差形式只包括均匀相移和纵向离焦其它像差形式为零 搭建了固体激光器像差研究的实验平台对固体激光器像差的测量结果进行分析得出实验中测得的固体激光器中由热效应引起的动态热畸变并利用三维相位畸变显示动态热畸变给出动态热畸变的像差形式其中主要的像差形式是纵向离焦 对比理论计算结果与实验结果探讨理论计算中的不足理论计算中的棒内热源强度分布要根据实际测量的棒内荧光分布计算得到的而非假设为均匀分布 关键词固体激光 热效应 动
3、态热畸变 像差 II华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract High power and good beam quality of solid laser has potential applications in modern industrial processing and scientific research, while the parameters of laser are affected by the dynamic thermal distortion caused by the thermal effect in solid state lase
4、r. As a result, it is necessary to study the dynamic aberration caused by the thermal effect in solid state laser to compensate for the dynamic thermal distortion. The main purpose of this thesis is to measure the aberration caused by thermal effect in the solid state laser by use of Shack-Hartmann
5、wave front detector. The drawbacks in theoretical calculation are modified by comparison between the experimental results and the theoretical results. The thermal effect in the solid state laser and the aberration caused by thermal effects are analyzed. Firstly, it is assumed that the heat-intensity
6、 distribution is symmetrical. All kinds of thermal effects and the compensation methods were analyzed from the heat-conduction equation. Secondly, it is assumed that the heat-intensity distribution is forms of Taylor polynomial, and the distribution of temperature in the solid state laser was discus
7、sed. On the basis of the analysis of thermal effects, dynamic thermal distortion caused by thermal effects in the solid state laser is calculated and showed in the forms of aberration. Piston and Defocusing are merely included in the forms of aberration and the other forms of aberration is not exist
8、ed. Experiment for the study of aberration in solid state laser is set up. By the analysis of results in the measurements of the aberration in solid state laser, the dynamic thermal distortion caused by the thermal effects in the solid state laser is obtained. The dynamic thermal distortion is showe
9、d with phase distortion in three dimensions and the forms of aberration is obtained, in which the defocusing is the primary form of aberration. The theoretical results and the experimental results are compared and the drawbacks in the theoretical calculations are discussed. In the theoretical calcul
10、ation, the real heat-intensity distribution is not a symmetrical distribution and should be obtained in the practical calculation from the fluorescence distribution. Key words: Solid-state laser Thermal effect Dynamic thermal distortion Aberration 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知除文中已经
11、标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密 在 年解密后适用本授权书 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日
12、 日期 年 月 日 本论文属于 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪 论 1.1 固体激光器的发展 1960 年 7 月世界第一台红宝石固态激光器开创了激光研究和应用的新纪元激光称为 20 世纪重大的科技成就之一经过 40 多年的发展和无数科学研究者坚持不懈的努力和奋斗各种各样的激光器被发明出来例如半导体(GaAsInP 等) 激光器固体(Nd: YAG 等) 激光器气体原子(He-Ne 等) 激光器气体离子(Ar+等) 激光器 气体2CO 分子激光器 气体准分子(XeCl KrF 等) 激光器 金属蒸汽(Cu等) 激光器可调谐染料及钛宝石激光器激光二极管泵浦(全固化)
13、激光器掺杂光纤放大器光纤拉曼放大器和激光器光学参量振荡及放大器超短脉冲激光器自由电子激光器极紫外及 X 射线激光器等与此同时各种不同的激光器应用于不同的领域扩大了激光器的应用的领域各种科学和技术领域纷纷应用激光并形成了一系列新的交叉学科和应用技术领域这些应用主要凭借了激光的高亮度高相干性高单色性高方向性1 上述种类繁多的激光器中固体激光器是被发明的第一台激光器固体激光器数量之多品种之多应用领域之广使其在激光领域占有重要的地位2固体激光技术的发展主要表现在三个方面第一工作物质不断改进最初是红宝石激光器后来出现了钕玻璃和掺钕钇铝石榴石激光器现在还有掺钕镓钆(ga) 石榴石激光器3-7第二泵浦光源的
14、改进最初是闪光灯后来发展为弧光灯现在出现了高功率激光二极管泵浦第三工作物质结构的改变从最初的棒式结构发展成为板条式又到后来的光纤式结构总之固体激光技术的发展过程是一个不断革新的过程固体激光器发展到今天无论在结构输出功率转换效率还是光束质量方面都有了很大的进步 固体激光器在激光应用中占有极其重要的地位可用于材料加工激光测距激光光谱学激光医疗激光化学激光分离同位素及激光核聚变等固体激光器的主要特点是8 (1) 激光器运行方式多样固体激光器可以运行于连续调 Q锁模方式下分别2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 获得高平均功率高重复率高单脉冲能量及高峰值功率也可以采用多棒串接和行波放大方
15、式来提高激光功率 (2) 工作物质的种类特别多能实现激光运转的固体工作物质多达数百种其中可以作为激活离子的元素有 19 中之多而基质材料可以选择单晶体玻璃和陶瓷多晶体等到目前为止从可见光到中红外光的范围内实现了激光振荡 (3) 固体激光器件结构紧凑每个单元技术成熟而且具有体积小使用灵活采用电驱动能广泛应用于各种平台是新一代激光器的杰出代表 (4) 固体激光器的光便于光纤传输而且固体激光器输出波长短有利于大气传输适合远距离传输能够方便地按比例放大到高功率 40 年来固体激光器的发展大致经历了一下几个阶段9 (1) 60 年代的迅速发展时期 红宝石(1960 年) 钕玻璃(1961 年) 和 Nd
16、:YAG(1964 年) 激光器在这一时期相继研制成功固体激光单元器件和振荡放大调 Q锁模和选模等技术和应用都获得了迅速发展 (2) 70 年代的相对缓慢发展时期 70 年代气体和染料等激光器发展迅速相比之下固体激光器的发展显得较为缓慢但这一时期在新的固体激光材料开发单元技术研究和应用开拓等方面仍取得了不少有意义的成果 (3) 80 年代的复苏时期 进入 80 年代以后以高功率固体激光器可调谐固体激光器和高效率固体激光器特别是以二极管泵浦固体激光器的迅速发展为标志固体激光器进入了被称为复苏的新的发展时期 (4) 90 年代的持续发展时期 在 90 年代固体激光器保持了持续发展的势头并不断开拓重要应用领域其中以高功率固体激光器和二极管泵浦固体激光器及其应用研究的新进展尤为引人注目被称为具有里程碑意义的事件之一是美国劳仑兹利弗莫尔国家实验室于 1992 年研制成功
