摘要　针对板条、盘片和管状激光器由于不是圆形光斑而难于聚焦及棒状激光器的热效应问题，设计了一种双半圆柱激光器。双半圆柱激光器能实现圆斑输出，而热效应要优于棒状激光器。用ＡＮＳＹＳ软件进行的热效应数值模拟分析表明，双半圆柱状激光器比棒状激光器最高温度低２５ ℃左右，最大温差低１１ ℃左右，最大热应力在棒状激光器的６０％以下。
关键词　激光器；双半圆柱；热效应；数值模拟

１　引　　言
激光器的热效应一直是激光器中一个严重的问题，由热效应产生的双折射、热透镜、热畸变等制约着激光器的发展。为了解决激光器的热效应问题，目前采用的方式主要有板条激光器、管状激光器［１］、盘状激光器。近年来对于激光器的热效应分析主要集中在板条和盘状激光器上［２～５］，同时也有管状激光器的热效应分析［６］。文献［２］对棒状、板条和盘状激光器的热效应进行了比较分析，在抽运功率为５００ Ｗ，效率为０．８，周围温度为７７Ｋ 的情况下，盘片激光器单位吸收功率产生的温度最低。文献［７］对有关激光器的热效应的分析进行了总结。在对其他几何形状的激光器进行的热效应分析中，国外文献中有对方柱形、六角棱柱形和三棱柱形激光器的热效应分析。板条激光器、管状激光器的热效应大大优于圆棒状激光器，然而它们由于聚焦困难而难于将能量集中。盘片激光器显示最好的热效应，但由于光斑较大，聚焦也比较困难，且其光学系统十分复杂，元器件多，不利于系统的稳定［８］。现实工程中往往要求激光器光斑为便于聚焦的小圆斑，棒状激光器因为构造简单且光斑符合要求而得到广泛应用。因此，对于棒状激光器的热效应研究一直是一个重要的课题。加大冷却系统散热效率是一个很好的方式，但也受到冷却系统本身条件的限制。本文设计了一种双半圆棒激光器，能实现圆斑输出，而且在同等冷却系统的条件下，其热效应优于棒状激光器。近年来抽运系统主要向全固态激光器发展，全固态激光器的热效应也研究得比较广泛［９］，但由于一种腔型可适用于多种抽运系统，本文采用比较简单的闪光灯抽运进行分析。

２　激光器结构
如图１所示，Ｍ 和ＯＣ 分别为谐振腔的全反镜和输出镜，中间部分为激光器谐振腔的剖面图。为了使结构更简单实用，此双半圆柱激光器结构尽量与棒状激光器相似。图１聚光腔下半部分为闪光灯，上半部为两根固定的半圆柱棒。可以看出，两个半圆柱棒相距一定的距离，使得冷却水可以流过两根半圆棒的夹缝从而提高冷却效果。为了保证中间夹缝部分的水流速度，夹缝的尺寸设计尽量与棒半径相当，如对于犚＝０．３２ｃｍ的两个半圆柱，中间的距离为０．４ｃｍ。为了使得水流更好地通过棒中间的夹缝，进出水嘴处于聚光腔的异侧。两个分离的半圆柱由棒套固定，因此棒套与激光棒接头部分的横截面为两个相对的犚＝０．３２ｃｍ的半圆，中间距离为０．４ｃｍ。由于从谐振腔里出来的是两束平行的半圆形的激光，因此需用聚光片把它们聚合成圆形光束以便于聚焦。四棱镜能够很好地平移光束且损耗非常小。

图２是模拟的四棱镜聚光图。四棱镜与光束垂直的面高度与夹缝宽度相等，为０．４ｃｍ。由图２可以看出，光束的偏移量正好为棱镜与光束垂直的面的高度，这样两束半圆激光便合成圆形光束。光束垂直于棱镜的入射面入射，并且在棱镜里面可以实现全反射，因此棱镜对激光的损耗非常小。棱镜的下角两束光合并的地方需要进行切割，以免挡住下半圆柱光束。