激光二極管端面抽運梯度濃度摻雜介質激光器熱效應的有限元法分析

摘要：基于能量均分方法,根據(jù)經(jīng)典熱傳導和熱彈性理論,建立了激光二極管端面抽運梯度濃度摻雜棒狀激光介質的數(shù)值模型,考慮到梯度濃度摻雜激光介質端面與空氣的對流換熱和激光介質材料的熱力學參數(shù)的溫度相關性,運用有限元法,得出了單一濃度摻雜、2階階變梯度濃度摻雜、5階階變梯度濃度摻雜和理想梯度濃度摻雜四種摻雜結構激光介質內吸收系數(shù)、抽運光吸收功率、溫度、熱應力和應變的空間分布。結果表明,采用梯度濃度摻雜結構可以大大提高激光介質內抽運光吸收分布的均勻性,5階階變梯度濃度摻雜激光介質的最高溫度、最大主拉應力和最大主應變分別為單一濃度摻雜激光介質的42.6%、31.9%和28.1%,可見明顯減小了熱效應的影響。理論分析結果可為激光二極管抽運梯度濃度摻雜激光器的合理優(yōu)化設計提供數(shù)據(jù)理論支撐。