液冷薄片激光器及其熱管理技術(shù)研究.pdf

1、高平均功率、高光束質(zhì)量的固體激光器是當(dāng)前激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。然而由于泵浦光源和冷卻介質(zhì)的共同作用，直接導(dǎo)致固體激光介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度分布，進(jìn)而產(chǎn)生熱透鏡、應(yīng)力雙折射等熱效應(yīng)問題，嚴(yán)重制約了高平均功率、高光束質(zhì)量固體激光器的發(fā)展。為了解決固體激光器的熱效應(yīng)問題，本文設(shè)計(jì)了一種液冷薄片激光器并重點(diǎn)對(duì)其熱管理技術(shù)進(jìn)行了研究，為減小輸出光斑的偏移和提高激光輸出的均勻性，兩薄片激光介質(zhì)呈對(duì)稱的“八”字形布儒斯特角放置在被冷卻液充滿的諧振

2、腔中，利用液體的流動(dòng)性加快固體激光介質(zhì)中無用熱地導(dǎo)出，避免廢熱累積，從而實(shí)現(xiàn)高效的熱管理。
　　本文首先論述了高功率固體激光器的研究背景及意義，介紹了國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及最新的研究報(bào)道；詳細(xì)介紹了固體激光器、液體激光器在熱管理中的優(yōu)勢(shì)和不足，并對(duì)新型液體激光器進(jìn)行了重點(diǎn)介紹；簡單介紹了固體激光介質(zhì)Nd:YAG的四能級(jí)結(jié)構(gòu)；詳細(xì)闡述了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的求解步驟，并介紹了控制方程和三種數(shù)值模擬計(jì)算方法，進(jìn)行了三維物理建模和網(wǎng)格劃分，獲得

3、了高質(zhì)量的網(wǎng)格輸出；根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理建立了液冷薄片激光器增益區(qū)的熱-流-固耦合模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析，研究了增益區(qū)溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)的分布情況，根據(jù)增益區(qū)的溫度場(chǎng)分布，計(jì)算了液冷條件下增益區(qū)的光程差分布。增益區(qū)總光程差的峰谷值為1.09λ，分布較為均勻，熱致波前畸變對(duì)光束質(zhì)量影響較小。
　　實(shí)驗(yàn)過程中，測(cè)定了冷卻液的色散曲線及溫度折射率系數(shù)；設(shè)計(jì)了布儒斯特角放置的液冷薄片激光器構(gòu)型，采用LDA側(cè)面泵浦并獲得了1064nm波長的激