Предельные тепловые режимы дисковых активных элементов при стационарной накачке и двумерном распределении температуры внутри диска

Получено аналитическое выражение, описывающее стационарное двумерное осесимметричное распределение температуры в дисковом активном элементе (АЭ), охлаждаемом с торца и с боковой поверхности (граничные условия 3-го рода), в случае, когда излучение накачки освещает весь диск, для толщин диска 0.01 см ≤ h ≤ 0.3 см и отношения диаметра к толщине 1 ≤ d/h ≤ 100. Рассчитаны термомеханические напряжения, показано, что с точки зрения разрушения диска наибольшую опасность представляет тангенциальное напряжение на его боковой стороне. Для различных параметров масштабирования x = d/h в многомодовом приближении оценены предельные мощности генерации P_gen, которые можно получить при использовании дискового АЭ в случае торцевого и бокового охлаждения для различных коэффициентов теплообмена a (на примере кристалла YAG : Nd). Установлено, что боковое охлаждение может в определенных ситуациях уменьшать P_gen. Определены области приоритетов в пространстве параметров h, x и a, в которых по мере роста интенсивности накачки первым наступает одно из трех событий, нарушающих нормальную работу лазера: ухудшение спектрально-люминесцентных характеристик АЭ вследствие нагрева, нарушение нормального режима охлаждения или термомеханическое разрушение диска. Показано, что увеличение параметра масштабирования х приводит к сглаживанию радиального температурного профиля и профиля распределения термоупругих напряжений.