超连续谱激光器热效应分析

作     者：李瑶 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何衡湘

授予年度：2018年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：超连续谱激光器 热效应 有限元分析 光束质量 转换效率 

摘      要：超连续谱激光器相对于传统的固体激光器而言,由于其较大的表面积与体积比,已经很大程度的降低了热效应,但是当泵浦光功率的进一步提高的时候以及对超连续谱激光器小型化的要求,热效应仍是制约超连续谱激光器向着高功率以及高光束质量发展的主要原因。本论文采用有限元数值模拟和实验观测相结合的方法,研究了超连续谱激光器的热效应问题,以及由热效应而对超连续谱激光器性能的影响,然后提出相应的补偿措施提升激光器的性能。主要研究结果如下:1.基于光线追迹原理,设计了高功率端面泵浦耦合模型,并通过光线追迹的结果作为介质热分析的生热源。建立三维瞬态的有限元模型,求解了介质的温度场、热应力分布以及应变。2.研究了热致断裂应力的评判标准与临界值的概念,基于统计学原理以及韦伯分布分析了介质尺寸、应力以及断裂可能三者的关系,并给出了提高激光介质的临界断裂应力的几点建议;研究了氟化物光子晶体光纤的断裂极限功率与吸收极限功率,指出了不同重复频率下的泵浦极限机制。3.分析和研究了端面形变以及有温度引起的折射率的变化对于超连续谱激光器光束质量的影响,分析了适合于超连续谱激光光束质量评价的方法,在此基础之上提出了利用球差校正板来对球差进行补偿进而提高超连续谱激光光束质量的方法。4.分析了热致双折射和热透镜效应对超连续谱激光器输出功率的影响,针对此影响进而提出了通过使用腔内90°旋转器和腔内四分之一波片的方法对热致双折射效应进行补偿,有效的提高超连续谱激光器的转换效率。本文的研究结果,对于高功率高光束质量的超连续谱激光器的设计和运行具有一定的参考意义。