碟片激光器增益模块的热分析及焊接工艺

摘要

随着高功率碟片激光器的发展，碟片激光器增益模块的设计和封装受到越来越多的关注。碟片激光器的增益模块以其独特的结构解决了传统固体激光器存在的热效应问题，实现了高平均功率、高峰值功率和高转换效率的激光输出。然而，更高的输出功率受到碟片激光器增益模块的设计和封装技术制约着。因此，展开对碟片增益模块的热分析和封装技术的研究来提高碟片激光器的输出功率是必要的。
　　本论文首先导出了碟片晶体对泵浦光的吸收效率，建立了激光晶体的数学模型，并推导了碟片晶体的温度分布方程、应力和应变分布方程，对激光晶体的温度、应力和应变有了初步认识。借助有限元法分析了碟片增益模块的简化结构下碟片晶体的表面温度、第一主应力和轴向位移量的分布。并分析和铟和金锡合金分别做为焊料时，焊料的厚度对激光晶体的表面温度、第一主应力和轴向位移量分布的影响。得出了选择焊料时应满足的条件。选择焊料后，使用焊料焊接的方法，在真空下焊接碟片增益模块。讨论了热沉表面的粗糙度、热沉表面的金属化、焊料的厚度、焊接时加压的大小、焊接工艺曲线对焊接质量的影响。
　　由于碟片晶体很贵，本文使用石英晶体来代替碟片晶体来进行试验。通过真空共晶焊接炉来将石英晶体、金锡焊片和铜热沉焊接在一起。进行了四次焊接试验，对每次的焊接后的工件都使用金相显微镜观察并分析了原因。

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1 绪论

1.1 碟片激光器增益模块的研究背景

1.2 碟片激光器增益模块热分析的研究意义

1.3 本课题主要研究的对象和内容

2 碟片激光器增益模块的数学分析

2.1 碟片晶体的吸收效率

2.2 激光晶体的稳态温度场

2.3 碟片晶体的应变和应力场方程

2.4 本章小结

3 碟片激光器增益模块的模拟分析

3.1 有限元法分析温度场和应力场的步骤

3.2 激光晶体的表面温度、第一主应力和轴向位移量

3.3 焊料对激光晶体的影响

3.4 本章小结

4 碟片激光器增益模块的焊接工艺及实验

4.1 影响焊接质量的因素

4.2 焊接实验

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献