發(fā)布時(shí)間：2017-11-03 01:00

  本文關(guān)鍵詞：液冷薄片激光器及其熱管理技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 激光器 薄片激光器 液體冷卻 熱效應(yīng) 熱管理 波前畸變

【摘要】：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(wèn)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(wèn)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(chēng)的“八”字形布儒斯特角放置在被冷卻液充滿的諧振腔中,利用液體的流動(dòng)性加快固體激光介質(zhì)中無(wú)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(guó)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(jiǎn)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(guò)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(zhǎng)的激光輸出;對(duì)該構(gòu)型激光器的耦合效率、斜率效率以及輸出激光的光譜特性進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng)泵浦能量為2.93J時(shí),獲得了615mJ的激光輸出,斜率效率23%,光光轉(zhuǎn)換效率21%。在10Hz重復(fù)泵浦頻率下,不穩(wěn)定度為1.27%,說(shuō)明該構(gòu)型激光器有良好的熱管理性能。本文對(duì)液冷薄片激光器的激光輸出能力和熱管理能力進(jìn)行了研究,為發(fā)展高功率、高光束質(zhì)量固體激光器提供了思路。
【關(guān)鍵詞】：激光器 薄片激光器 液體冷卻 熱效應(yīng) 熱管理 波前畸變
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN248
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 研究背景及意義9
• 1.2 半導(dǎo)體激光器泵浦的優(yōu)勢(shì)9-10
• 1.3 固體激光器熱效應(yīng)產(chǎn)生原因10-11
• 1.4 高平均功率激光器的發(fā)展現(xiàn)狀11-19
• 1.4.1 棒狀激光器12-13
• 1.4.2 板條激光器13-15
• 1.4.3 碟片激光器15-16
• 1.4.4 熱容激光器16-17
• 1.4.5 液體激光器17-18
• 1.4.6 新型液體激光器18-19
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容19-23
• 第二章 固體激光器及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)23-39
• 2.1 固體激光器熱效應(yīng)類(lèi)型23-24
• 2.2 固體激光器泵浦方式24-25
• 2.3 Nd:YAG能級(jí)結(jié)構(gòu)25-26
• 2.4 微分控制方程26-30
• 2.4.1 質(zhì)量守恒方程27
• 2.4.2 能量守恒方程27-28
• 2.4.3 動(dòng)量守恒方程28-30
• 2.5 數(shù)值計(jì)算方法30-35
• 2.5.1 有限差分法30-32
• 2.5.2 有限元法32-33
• 2.5.3 有限體積法33-35
• 2.6 湍流模型35-37
• 2.7 小結(jié)37-39
• 第三章 網(wǎng)格劃分與求解計(jì)算39-57
• 3.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)求解過(guò)程39-40
• 3.2 增益區(qū)物理建模40-41
• 3.3 模型網(wǎng)格劃分41-48
• 3.3.1 網(wǎng)格類(lèi)型41-42
• 3.3.2 Y-Block和O-Block42-44
• 3.3.3 生成網(wǎng)格44-48
• 3.4 模擬仿真計(jì)算48-55
• 3.4.1 用戶自定義函數(shù)49
• 3.4.2 數(shù)據(jù)類(lèi)型49-50
• 3.4.3 求解器設(shè)置50-52
• 3.4.4 求解步驟52-55
• 3.5 小結(jié)55-57
• 第四章 液冷薄片激光器熱效應(yīng)研究57-75
• 4.1 液冷薄片激光器結(jié)構(gòu)57-58
• 4.2 冷卻液溫度折射率系數(shù)測(cè)定58-60
• 4.3 固液熱傳導(dǎo)模型60-62
• 4.4 增益區(qū)流場(chǎng)分析62-65
• 4.5 光程差計(jì)算65-69
• 4.6 激光實(shí)驗(yàn)69-73
• 4.7 小結(jié)73-75
• 總結(jié)75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：1133911