تحلیل ترمومکانیکی غیرکلاسیک لیزر صفحه یی نئودیوم: وانادات تحت دمش طولی چند پالس به روش اجزاء محدود

I n o r d e r t o c r e a t e a l a s e r b e a m, o n e c o m m o n m e t h o d i s t o u s e b e a m p u m p i n g. I n t h i s m e t h o d, b e a m i s f i r s t l y e m i t t e d t o t h e a c t i v e m e d i u m o f l a s e r c r y s t a l a n d t h e e l e c t r o n s i n t h e l a s t s h e l l o f a t o m s a r e s t i m u l a t e d. W i t h s o m e i n t e r n a l i n t e r a c t i o n s, l a s e r b e a m w i l l b e c r e a t e d a n d s o m e p u m p i n g e n e r g y i s c o n v e r t e d t o h e a t i n t h e c r y s t a l. I n s o l i d-s t a t e l a s e r s, l a r g e a m o u n t s o f p u m p i n g p o w e r m a y l e a d t o h e a t g e n e r a t i o n i n t h e a c t i v e l a s e r m e d i u m a n d a n o n-u n i f o r m t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n t h e c r y s t a l i s g e n e r a t e d. T h e t e m p e r a t u r e g r a d i e n t c a u s e s t h e r m a l s t r e s s i n t h e c r y s t a l s t r u c t u r e a n d c a n b e e f f e c t i v e o n t h e r m o m e c h a n i c a l b e h a v i o r o f t h e c r y s t a l a n d t h e q u a l i t y o f t h e l a s e r b e a m. W i t h i n c r e a s i n g t h e p u m p i n g p o w e r, t h e h e a t g e n e r a t i o n w i t h i n t h e a c t i v e m e d i a i s i n c r e a s e d a n d c o n s e q u e n t l y t h e t h e r m a l e f f e c t s i n c l u d i n g t h e t h e r m a l l e n s i n g, p o l a r i z a t i o n o f o u t p u t b e a m, m e c h a n i c a l s t r e s s, r e d u c i n g t h e e f f i c i e n c y o f o u t p u t b e a m, a r e i n t e n s i f i e d. E v e n i n t h i s c a s e, t h e r m a l s t r e s s c a u s e s f a i l u r e. H e n c e t o a c h i e v e a h i g h q u a l i t y b e a m l a s e r, i t i s n e c e s s a r y t o i n v e s t i g a t e t h e t h e r m o m e c h a n i c a l b e h a v i o r o f t h e l a s e r c r y s t a l, t h r o u g h t h e d e s i g n i n g o f s o l i d s t a t e l a s e r s. I n t h e p a s t w o r k s, t h e r m o m e c h a n i c a l b e h a v i o r o f t h e c r y s t a l w a s i n v e s t i g a t e d i n f r a m e w o r k o f F o u r i e r h e a t c o n d u c t i o n t h e o r y (H e a t w a v e d i f f u s i o n s p e e d i s c o n s i d e r e d t o b e i n f i n i t e), w h i l e t h i s t h e o r y i s n o t a p p r o p r i a t e t o s t u d y t h e h e a t c o n d u c t i o n f o r m e d i u m u n d e r p u l s e d h e a t w i t h a p p r e c i a b l e r e l a x a t i o n t i m e. H e n c e, i n t h i s r e s e a r c h, b y p r o v i d i n g a f i n i t e e l e m e n t f o r m u l a t i o n b a s e d o n t h e n o n-F o u r i e r t h e r m o e l a s t i c i t y (w i t h c o n s i d e r i n g r e l a x a t i o n t i m e), d i s t r i b u t i o n s o f t e m p e r a t u r e a n d s t r e s s i n t h e N d:Y V O۴ c r y s t a l a r e c a l c u l a t e d. T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e a n d s t r e s s c a l c u l a t e d b y n o n-F o u r i e r t h e o r y, a r e l a r g e r t h a n t h o s e c a l c u l a t e d b y t h e F o u r i e r t h e o r y a n d a l s o t h e n o n-F o u r i e r t h e o r y p r e d i c t s l o w e r f a i l u r e p o w e r f o r c r y s t a l. I n a d d i t i o n, i f t h e r e l a x a t i o n t i m e i s l o w e r t h a n a c e r t a i n v a l u e, t h e r e s u l t s o f c l a s s i c a l a n d n o n c l a s s i c a l t h e o r i e s a r e c l o s e l y e q u a l t o e a c h o t h e r.