بررسي آثار حرارتي ليزر ميله‌اي تحت دمش پيوسته گوسي و سوپر گوسي

Analysis of Thermal Effects of Rod Laser under Gaussian and Super Gaussian Pumping

در مقاله حاضر، توزيع غيريكنواخت دما و آثار آن در بلور ميله­ اي كه تحت پرتوهاي گوسي و سوپرگوسي قرار دارد، به روش تحليلي بررسي مي ­شود. بلور به‌صورت يك ميله با خواص ترمومكانيكي ايزوتروپيك فرض شده كه با استفاده از پرتوهاي دمش طولي برانگيخته مي‌گردد. پرتوي دمش به سه صورت گوسي، سوپر گوسي مرتبه دوم و سوپر گوسي مرتبه سوم در نظر گرفته‌شده و اثرات هريك بر توزيع دما و عدسي گرمايي بايك­ديگر مقايسه مي‌شود. با توجه به نوع پرتو دمشي، توان گرمايي ايجادشده در داخل بلور، در هر يك از حالت‌هاي گوسي و سوپرگوسي محاسبه‌شده و معادله توزيع دما به روش تحليلي حل شده و در ادامه يك فرم بسته براي توزيع دماي بلور تعيين مي‌گردد. پاسخ به‌دست‌آمده با نتايج المان محدود و تجربي مقايسه و در نهايت توزيع دما و ميزان عدسي شدگي در توان‌هاي مختلف محاسبه مي­ شود. نتايج نشان مي­دهد كه در دمش سوپر گوسي، بيشينه دما كوچك‌تر از دمش گوسي بوده و نقطه كانوني در فاصله بزرگ‌تري (از سطح ورودي دمش) نسبت به حالت گوسي اتفاق مي­افتد.

In this paper, thermal effects of Gaussian and super Gaussian pumping on the rod laser are analytically investigated. The crystal is considered as a rod, with isotropic thermomechanical characterizations, which is end-pumped. The intensity distribution of pumping spot is considered in three-types including Gaussian, second order and third order of super-Gaussian, and effects of any type on the thermal distribution and thermal lensing are compared with each other. First, the heat generations due to emission in the crystal are calculated for Gaussian and super Gaussian pumping and then the equation of temperature distribution is analytically solved and a closed form solution for temperature distribution of the rod laser is obtained. The analytical results are compared with the results of finite element method. Thereupon, the temperature distributions and the values of thermal lens for various pumping powers are calculated. The results show that calculated maximum temperature for Gaussian case is lower than for supper-Gaussian cases. In addition, the distances between focal point and the input pumping plane obtained for super-Gaussian pumping are larger than those calculated for Gaussian pumping.