高功率深紫外177.3 nm全固态激光器热效应数值仿真研究

摘要

深紫外（DUV）波段，是指波长介于200-40 nm的电磁辐射波段。基于KBBF晶体与PCD（棱镜耦合器件）的发明，通过直接倍频技术得到DUV－DPL（深紫外全固态激光器）是近年来发展的获得深紫外相干辐射源的一种新方法。DUV-DPL具有系统简单、结构紧凑、稳定性好、寿命长等优点，同时其光束质量好、窄线宽、可调谐、可在ns、ps和fs不同脉冲条件下运转、脉冲重复频率1-GHz大范围可控，在物理、化学、材料、生物、医学、环保等领域具有重大的应用价值。本论文针对深紫外全固态激光源的热分布进行了理论仿真研究，得到了一系列结论，为设计深紫外全固态激光源的冷却装置提供理论依据，主要有以下几个方面：
　　1、根据 LDA三向侧泵 Nd:YAG激光器的热物理过程，简化了高功率泵浦下 Nd:YAG晶体内部温度场所满足的热传导方程，并确定合适的边界条件，建立了LDA侧面泵浦Nd:YAG的热物理模型。同时分析研究了KBBF-SHG（KBBF晶体直接倍频）的热物理过程，建立KBBF晶体内部的热源方程，再结合Ansys有限元分析软件，得到晶体内部的温度场分布。分析不同晶体尺寸、冷却温度、换热系数对晶体内部的温度分布的影响。
　　2、系统地研究了基频光源355nm泵浦下，KBBF-SHG过程中KBBF-PCD的热效应问题。基于KBBF-SHG热物理模型，分别研究产生100mW级纳秒窄线宽177.3nm深紫外激光光源与高功率高重频皮秒177.3nm深紫外激光光源过程中 KBBF的热分布，分析了不同泵浦功率、不同光斑半径、不同冷却条件下KBBF晶体的温度分布。分析可知，泵浦功率越高，光斑半径越小，KBBF晶体的温度分布均匀性越差。只有选取合适的泵浦光功率与光斑半径，才能有效提高晶体内温度分布均匀性，进而提高非线性变频的转换效率。这些结果都为高功率深紫外激光光源的优化设计提供了一定理论依据，具有指导意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

第一节 深紫外光源发展

第二节 深紫外全固态激光器的发展、应用及现状

第三节 本文的主要研究内容及结构安排

第二章 高功率深紫外激光器热效应理论模型

第一节 热传导基础理论

第二节 深紫外全固态激光系统简介

第三节 LDA抽运Nd:YAG固体基频激光器的热物理模型

第四节 深紫外激光产生时KBBF-PCD器件热物理模型

第五节 本章小结

第三章 高功率高光束质量1064nm基频激光源热效应仿真

第一节 LDA抽运Nd:YAG高功率固体激光器

第二节 热分布数值模拟

第三节 结果分析

第四节 本章小结

第四章 高功率深紫外激光变频过程中热效应仿真

第一节 100mW级纳秒窄线宽177.3nm深紫外激光产生时的热分布

第二节 高功率高重频皮秒 177.3nm深紫外激光产生时的热分布

第三节 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历