4固體激光工作物質(zhì)的熱效應(yīng)-中國工控網(wǎng)-中國自動化企業(yè)

1、光電子技術(shù)(2)(激光器件)4 固體激光工作物質(zhì)的熱效應(yīng)4.固體體激光工工作物質(zhì)質(zhì)的熱效效應(yīng)4.1連續(xù)激光光器的熱熱效應(yīng)4.2單次和重重復(fù)率脈脈沖激光光器的熱熱效應(yīng)4.3熱效應(yīng)的的消除和和補償2熱效應(yīng)涉涉及的現(xiàn)現(xiàn)象和理理論現(xiàn)象溫度猝滅滅熱應(yīng)力熱致雙折折射熱透鏡理論熱彈理論論彈光理論論虎克定律律熱傳導(dǎo)理理論34.1連續(xù)激光光器的熱熱效應(yīng)4.1.1熱平衡下下棒內(nèi)溫溫度分布布4.1.2激光棒的的熱應(yīng)力力4.1.3激光棒的的熱應(yīng)力力雙折射射4.1.4激光棒的的熱透鏡鏡效應(yīng)44.1.1熱平平衡下棒棒內(nèi)溫度度分布在熱平衡衡狀態(tài)下下，忽略冷卻卻介質(zhì)沿沿軸向的的微小溫溫度變化化認(rèn)為熱流流主要沿沿棒的徑徑向傳導(dǎo)

2、導(dǎo)熱傳導(dǎo)方方程：T溫度，Q單位體積積內(nèi)發(fā)熱熱功率，r棒橫截面面內(nèi)任一一半徑大大小，K熱導(dǎo)率。rr05熱傳導(dǎo)方方程的解解熱傳導(dǎo)方方程為一一歐拉方方程，取取r=et，即可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為常微微分方程程，最終終得到方方程解為為：棒表面的的溫度6熱傳導(dǎo)方方程的解解棒中心的的溫度：（4.1-1)式變?yōu)椋簰佄锞€型型7單位體積積內(nèi)發(fā)熱熱功率Q整根棒的的熱耗散散功率泵浦源的的輸入功功率熱耗散功功率系數(shù)數(shù)激光棒長長度8熱耗散功功率與冷冷卻水的的熱平衡衡方程棒的表面面積熱傳遞系系數(shù)棒表面與與冷卻介介質(zhì)的溫溫差9熱傳遞系系數(shù)10棒表面與與中心的的溫度中心與表表面溫差差：11溫度分布布12習(xí)題7一臺連續(xù)續(xù)YAG激光器，激光棒棒

3、尺寸為為550mm2，冷卻水水溫度TF20，激光棒棒的熱耗耗散功率率Pd600W，YAG的熱導(dǎo)率率K0.11Wcm-1-1，冷卻水水與激光光棒之間間的熱傳傳遞系數(shù)數(shù)h3Wcm-2-1。求：T(0)，T(r0)134.1.2激光棒的的熱應(yīng)力力應(yīng)力：應(yīng)變：虎克定律律：泊松比：熱膨脹線膨脹系系數(shù)楊氏模量量14各向同性性物質(zhì)的的熱應(yīng)力力假設(shè)具有有自由端端的各向向同性的的激光棒棒，無其其它外來來作用時時，依據(jù)據(jù)前述溫溫度分布布和熱彈彈理論的的結(jié)論，應(yīng)力可可用下式式表示：徑向：切向：軸向：15各向同性性物質(zhì)的的熱應(yīng)力力16最大應(yīng)力力Nd:YAG的抗張強強度為18002100Kg/cm2，對應(yīng)的的單位長長度

4、的熱熱耗散功功率約為為150W/cm。最大應(yīng)力力出現(xiàn)在在棒表面面和棒中中心：17熱沖擊波波參量材料：玻璃CSGGYAGAl2O3R(W/cm)16.57.9100熱沖擊波波參量184.1.3激光棒的的熱應(yīng)力力雙折射射熱耗散功功率應(yīng)力應(yīng)變光率體折射率雙折射熱彈理論論溫度分布布虎克定律律光彈效應(yīng)應(yīng)19光率體主軸化：20彈光效應(yīng)應(yīng)彈光系數(shù)數(shù)，對于于YAG具有3各獨立分分量21001方向Nd：YAG的熱致雙雙折射XY22001方向向Nd：YAG的熱致致雙折射射23001方向Nd：YAG的熱致雙雙折射24111方向Nd：YAG的熱致雙雙折射XY25111方向Nd：YAG的熱致雙雙折射26111方向向Nd

5、：YAG的熱致致雙折射射W/cm3cm27111方向向Nd：YAG的熱致致雙折射射XY28退偏效應(yīng)應(yīng)傳輸常數(shù)數(shù)：294.1.4激光棒的的熱透鏡鏡效應(yīng)溫度差引引起的折折射率變變化熱應(yīng)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)7.310-6-131熱應(yīng)力引引起的折折射率變變化32熱透鏡效效應(yīng)熱透鏡效效應(yīng)系數(shù)數(shù)：熱焦距：33端面效應(yīng)應(yīng)對于Nd：YAG主平面：34熱效應(yīng)的的總焦距距354.2單次和重重復(fù)率脈脈沖激光光器的熱熱效應(yīng)4.2.1單次脈沖沖激光器器的熱效效應(yīng)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(guān)系系曲線使用15cm

6、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384.2.2重復(fù)頻率率脈沖激激光器39熱累積404.3熱效應(yīng)的的消除和和補償4.3.1冷卻與濾濾光4.3.2光學(xué)補償償4.3.3非圓柱工工作物質(zhì)質(zhì)414.3.1冷卻與濾濾光一、冷卻卻液體冷卻卻氣體冷卻卻傳導(dǎo)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(dǎo)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：0.31%重鉻酸鉀鉀，1%2%亞硝酸鈉鈉474.3.2光學(xué)補償償1、熱透鏡鏡效應(yīng)的的補償修磨端面面熱不靈敏敏腔2、熱應(yīng)力力雙折射