高能量激光器技术分析

高能量激光器，自从1960年Maiman发明第 一台红宝石激光器以来，世界各国都在努力发展激光技术,现在各种各样的激光器已经在各个领域发挥着重要的作用。

高能量激光器在军事上的巨大应用前景,促使各国采取各种先进技术途径努力提高固体激光器的输出能量。在光抽运过程中激光介质吸收泵浦辐射而产生的热,加上冷却过程造成的热流结合起来构成了激光介质的各种热效应。随着泵浦功率增加，热效应随之加剧，使激光器的阚值升高、效率降低、并导致折射率分布不均，产生光学畸变，劣化光学质量。因此高功率激光器热效应问题的研究，是一个十分重要而有意义的研究课题。现有的热管理技术已经基本能够满足很多需要，但是要便激光器向更高的平均功率发展，就需要采取更有效的热管理技术。

本文以缴光武器的发展应用为背景，分析了高能量激光器中的热效应以及热管理技术，主要工作包括:

1.分析了我国发展高能固体激光武器的可行性方案。高能激光武器的巨大潜力早已被人们所认识到，各国都在努力发展自己的高平均功率激光器。美国凭借其雄厚的科研和资金优势，走技术攻关的道路，除了己有的化学激光器，又发展了热容固体激光器，形成了多元化的格局，可以根据不同的情况，选择最合适的方案;而俄罗斯却在单发脉冲达到2000J的基础上，对灯泵钕玻璃激光器进行改造，采用新型热管理技术和集成技术，使其达到了百kW级的平均功率，和美国可谓是殊途同归。分析了目前高平均功率固体激光器的几种技术途径。根据我国现有的技术水平和设备，我国发展战术激光武器采用灯泵玻璃激光器的方案是可行的。

2.分析了热效应产生的原因，以及影响激光介质中温度分布的因素，包括光源的影响、激光工作物质几何形状的影响以及激光器工作方式的影响。分析了激光介质中的热效应，得出结论:减小介质中的温度梯度，可以减小激光介质的热效应，提高泵浦效率，改善光束质量。介绍了当前的热管理技术，总结了当前减小、补偿热效应的一些方法。从以上的分析可以得出，为保证高平均功率、高光束质量的激光输出，采用措施减小激光介质中的热梯度是必要的。

3.对2000J大能量钕玻璃激光器的新型热管理技术进行了研究。采用光线追迹法，计算了采用漫反射腔内四灯泵浦方式时钕玻璃棒吸收的泵浦光分布:根据激光棒吸收的泵浦光的分布情况，计算了一个泵浦脉冲过后，激光棒内的瞬态温升;从热传导方程出发，采用有限差分法，分别计算了传统冷却方式(冷却水温恒定)和新型热管理方式(传统水冷与加热控制相结合)下，激光棒脉冲串工作时的温度分布，并对两种热管理方式下徼光棒中的最 大温度差进行了对比，可以得出结论:采用新型的热管理技术，可以大大减小激光介质中的温度梯度，从而可以有效减小激光介质的热效应，保证高能、高光束质量激光束输出。因此传统水冷与加热控制相结合的新型热管理技术是-种有效的热管理技术。