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文檔簡介
1、固體激光器由于溫度分布不均引起的熱透鏡效應、熱致衍射損耗和熱炸裂等熱效應,已成為制約其向高功率、高光束質量、低功耗、小型化長壽命方向發(fā)展的瓶頸,因此,必須發(fā)展有效的冷卻技術才能解決高熱負荷激光器的冷卻問題,而微通道熱沉冷卻由于體積小、換熱系數(shù)高等優(yōu)點,是一種很好的選擇。
本文概述了固體激光器的冷卻技術,特別是近年來出現(xiàn)的新型獨特的冷卻技術。利用熱分析的有限元法,在詳細分析準三能級激光器熱效應的基礎上,結合對LD(LaserDi
2、ode)輸出泵浦光的實驗測量,考慮多模輸出、近高斯分布等多種因素,較為準確地建立了塊狀激光晶體熱傳導的有限元模型,模擬了晶體在不同換熱邊界條件下的溫度場、溫度梯度場和熱應力場分布,提出了改善激光晶體散熱性能的有效措施。闡明了微通道熱沉的設計原理,完成了微通道熱沉的設計、加工和表面處理。基于微通道熱沉進出口水溫和晶體邊界環(huán)境溫度的理論分析和實驗測量,指出了人們對晶體邊界環(huán)境溫度即為冷卻劑溫度的假定是不夠準確的,通過微通道熱沉與普通熱沉散熱
3、的對比實驗研究,驗證了微通道熱沉優(yōu)良的散熱性能。測量了微通道的流阻變化,為優(yōu)化設計微通道結構和合理選擇冷卻水流量提供了依據(jù)。
有限元分析結果表明,提高對流換熱系數(shù)或降低晶體邊界環(huán)境溫度,可顯著降低晶體整體溫度,但溫度梯度變化較小,且換熱系數(shù)達到最大值后,繼續(xù)強化外部換熱幾乎不改變晶體的溫度和熱應力場分布。
本文設計、加工出了通道寬度為0.2mm,肋片厚度為0.8mm的微通道熱沉。針對紫銅微通道在加工過程產(chǎn)生的污垢,開
4、發(fā)了表面處理工藝,完成了組裝,并成功應用于固體激光器的冷卻上。
利用微通道熱沉散熱,在LD端泵Nd:YVO4輸出914nm激光實驗中,相同實驗條件下,與普通熱沉相比,輸出斜坡效率提高了14%,輸出功率為6W時,光束質量因子M2由3.35改善為2.00,最高輸出功率增加了1.5W,達到8.9W,據(jù)我們所知,這是目前有報道的最高水平。結果表明,微通道冷卻技術可緩解晶體的熱效應,有效提高激光器的激光輸出功率和改善光束質量,且在高泵浦
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