Study on the properties of temperature distribution at the split-disk geometry glass laser amplifier

분할디스크형 글라스레이저 증폭기의 온도분포특성에 관한 연구

The simulation code was developed for the development of the split-disk geometry glass amplifier, which could design the laser apparatus and analyze the properties of the laser system. The flashlamp emission energy at the short wavelength region must be reduced, while maintaining a current density between 2000 and 4000 A/$\textrm{cm}^{2}$, in order to reduce the thermal loading in the laser glass and to raise the coupling efficiency between the emission spectrum of the flashlamps and the absorption spectrum of the laser glass. By cutting the laser glass into three equal pieces, the temperature rise in the laser glass dropped by 70% due to the efficient removal of the heat in the laser glass. It was found that the $Nd^{3+}$ doping rate of each laser glass should be properly selected and the optimum value of the product of the absorption coefficient $\alpha$ and the thickness d of the laser glass is about 0.26 in the split-disk geometry.

분할디스크형 글라스레이저 증폭기를 개발하기 위하여 이를 해석 설계할 수 있는 시뮬레이션 코드를 작성했다. 레이저매질에서의 열부하를 감소시키고, 플래시램프의 방사스펙트럼과 레이저글라스의 흡수 스펙트럼 간의 결합효율을 높이기 위해서는 전류밀도를 2000-4000A/$\textrm{cm}^{2}$로 유지하여 단파장에서의 방사에너지를 줄여야 한다. 디스크 증폭기에서 같은 부피를 갖는 매질을 3등분하여 냉각표면적을 3배로 늘렸을 때 온도상승치는 30% 정도로 떨어졌다. 단면펌핑 분할 디스크형 증폭기의 설계에서는 각 글라스 간의 $Nd^{3+}$ 도핑율에 차등을 주어야 하고 플래시램프 앞에 있는 매질의 흡수계수 $\alpha$ 와 두께 d의 곱인 $\alpha$d가 0.26 전후가 적절하다는 것을 알았다.