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.固體激光工作物質(zhì)的熱效應(yīng)4.1連續(xù)激光器的熱效應(yīng)4.2單次和重復(fù)率脈沖激光器的熱效應(yīng)4.3熱效應(yīng)的消除和補償2熱效應(yīng)涉及的現(xiàn)象和理論現(xiàn)象溫度猝滅熱應(yīng)力熱致雙折射熱透鏡理論熱彈理論彈光理論虎克定律熱傳導(dǎo)理論34.1連續(xù)激光器的熱效應(yīng)熱平衡下棒內(nèi)溫度分布激光棒的熱應(yīng)力激光棒的熱應(yīng)力雙折射激光棒的熱透鏡效應(yīng)44.1.1熱平衡下棒內(nèi)溫度分布在熱平衡狀態(tài)下，忽略冷卻介質(zhì)沿軸向的微小溫度變化認為熱流主要沿棒的徑向傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)方程：T溫度，Q單位體積內(nèi)發(fā)熱功率，r棒橫截面內(nèi)任一半徑大小，K熱導(dǎo)率。rr05熱傳導(dǎo)方程的解熱傳導(dǎo)方程為一歐拉方程，取r=et，即可轉(zhuǎn)為常微分方程，最終得到方程解為：棒表面的溫度6熱傳導(dǎo)方程的解棒中心的溫度：（4.1-1)式變?yōu)椋簰佄锞€型7單位體積內(nèi)發(fā)熱功率Q整根棒的熱耗散功率泵浦源的輸入功率熱耗散功率系數(shù)激光棒長度8熱耗散功率與冷卻水的熱平衡方程棒的表面積熱傳遞系數(shù)棒表面與冷卻介質(zhì)的溫差9熱傳遞系數(shù)10棒表面與中中心的溫度度中心與表面面溫差：11溫度分布12習(xí)題7一臺連續(xù)YAG激光器，激激光棒尺寸寸為Φ5×50mm2，冷卻水溫溫度TF＝20℃，激光棒的的熱耗散功功率Pd＝600W，YAG的熱導(dǎo)率K＝0.11Wcm-1℃-1，冷卻水與與激光棒之之間的熱傳傳遞系數(shù)h＝3Wcm-2℃-1。求：T(0)，T(r0)13激光棒的熱熱應(yīng)力應(yīng)力：應(yīng)變：虎克定律：：泊松比：熱膨脹線膨脹系數(shù)數(shù)楊氏模量14各向同性物物質(zhì)的熱應(yīng)應(yīng)力假設(shè)具有自自由端的各各向同性的的激光棒，，無其它外外來作用時時，依據(jù)前前述溫度分分布和熱彈彈理論的結(jié)結(jié)論，應(yīng)力力可用下式式表示：徑向：切向：軸向：15各向同性物物質(zhì)的熱應(yīng)應(yīng)力16最大應(yīng)力Nd:YAG的抗張強度度為1800～2100Kg/cm2，對應(yīng)的單單位長度的的熱耗散功功率約為150W/cm。最大應(yīng)力出出現(xiàn)在棒表表面和棒中中心：17熱沖擊波參參量材料：玻璃CSGGYAGAl2O3R(W/cm)16.57.9100熱沖擊波參參量18激光棒的熱熱應(yīng)力雙折折射熱耗散功率率應(yīng)力應(yīng)變光率體折射率雙折射熱彈理論溫度分布虎克定律光彈效應(yīng)19光率體主軸化：20彈光效應(yīng)彈光系數(shù)，，對于YAG具有3各獨立分量量21[001]方向Nd：YAG的熱致雙折折射XY22[001]方向Nd：YAG的熱致雙雙折射23[001]方向Nd：YAG的熱致雙折折射24[111]方向Nd：YAG的熱致雙折折射XY25[111]方向Nd：YAG的熱致雙折折射26[111]方向Nd：YAG的熱致雙雙折射W/cm3cm27[111]方向Nd：YAG的熱致雙雙折射XY28退偏效應(yīng)傳輸常數(shù)：：29激光棒的熱熱透鏡效應(yīng)應(yīng)溫度差引起起的折射率率變化熱應(yīng)力引起起的折射率率變化30溫度引起的的折射率變變化Nd：YAG的折射率溫溫度系數(shù)7.3×10-6℃-131熱應(yīng)力引起起的折射率率變化32熱透鏡效應(yīng)應(yīng)熱透鏡效應(yīng)應(yīng)系數(shù)：熱焦距：33端面效應(yīng)對于Nd：YAG主平面：34熱效應(yīng)的總總焦距354.2單次和重復(fù)復(fù)率脈沖激激光器的熱熱效應(yīng)單次脈沖激激光器的熱熱效應(yīng)36單次脈沖泵泵浦時棒內(nèi)內(nèi)溫度的分分布37溫度分布與與半徑和時時間的關(guān)系系曲線使用15cm長螺旋氙燈燈，注入11500焦耳，泵浦浦直徑1cm，長7.5cm的釹玻璃棒棒38重復(fù)頻率脈脈沖激光器器39熱累積404.3熱效應(yīng)的消消除和補償償冷卻與濾光光光學(xué)補償非圓柱工作作物質(zhì)41冷卻與濾光光一、冷卻液體冷卻氣體冷卻傳導(dǎo)冷卻二、濾光濾光液濾光玻璃42一、冷卻—液體冷卻43液體冷卻44氣體冷卻45傳導(dǎo)冷卻46二、濾光全腔水冷分別水冷濾光玻璃：：摻鈰（Ce）、釤（Sm）石英玻璃璃，硒鎘玻玻璃濾光液：0.3~1%重鉻酸鉀，，1%~2%亞硝酸鈉47光學(xué)補償1、熱透鏡效效應(yīng)的補償償修磨端面熱不靈敏腔腔2、熱應(yīng)力雙雙折射補償償旋光90度石英旋光光片波片,Po