【摘要】：隨著激光技術(shù)的發(fā)展,高功率激光發(fā)射系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。而在高功率激光發(fā)射系統(tǒng)中,激光器發(fā)出的光束只有通過導(dǎo)光光路才能沿預(yù)定方向到達(dá)目標(biāo)。由于激光光束攜帶能量較大,會導(dǎo)致導(dǎo)光鏡產(chǎn)生熱變形,從而影響最終的光束質(zhì)量。因此,對導(dǎo)光鏡進(jìn)行冷卻對減小熱變形和提高激光光束質(zhì)量意義重大。本文以高功率激光發(fā)射系統(tǒng)為研究背景和應(yīng)用場合,對導(dǎo)光光路系統(tǒng)中的導(dǎo)光鏡冷卻問題展開研究,主要包括冷卻方案的比較與選擇、液冷效果指標(biāo)的提出、液冷技術(shù)的相關(guān)理論分析、冷卻通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化、冷卻介質(zhì)的選擇、激光源對冷卻效果的影響規(guī)律研究。具體敘述如下:針對目前存在的主要冷卻方式進(jìn)行了充分的調(diào)研分析,比較各種冷卻方式的優(yōu)缺點,選擇采用冷卻通道液冷方案對高功率激光輻照下的導(dǎo)光鏡進(jìn)行主動冷卻,抑制導(dǎo)光鏡熱變形,提高光束輸出質(zhì)量。根據(jù)課題要求和工程需要,提出了新的液冷效果評價指標(biāo),主要包括鏡面溫度場和通道內(nèi)部流場兩個方面。詳細(xì)研究了熱傳導(dǎo)理論和對流換熱過程中涉及到的湍流理論,并深入分析湍流狀態(tài)下影響輻照區(qū)溫度場和通道內(nèi)部流場的各種因素。研究數(shù)值模擬理論,分析數(shù)值模擬中涉及到的算法和邊界條件。利用數(shù)值模擬方法詳細(xì)分析冷卻通道結(jié)構(gòu)參數(shù)、通道布局、基體材料等因素對鏡面溫度場和通道內(nèi)部流體流動特性的影響規(guī)律,并根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化冷卻通道的結(jié)構(gòu)參量�？梢灾�,對于單通道結(jié)構(gòu),鏡面輻照區(qū)溫度場并不隨其幾何中心呈對稱分布,最高溫度點位于通道下游;增大流道截面尺寸可以提高換熱效果;通道不同壁面的溫度分布并不相同;而通道與鏡面間的距離對導(dǎo)光鏡的溫度場影響不大;雙通道結(jié)構(gòu)的液冷效果更好;基體材料的性質(zhì)對溫度場也有一定影響。而壓力損失和壓力損失系數(shù)隨通道寬度和通道高度的增大而逐漸減小,隨通道間距的增加先下降后略微上升;彎道寬度會引起壓力損失系數(shù)的變化。分析冷卻液與激光源對液冷效果的影響規(guī)律。結(jié)果表明:冷卻液濃度越大,其換熱效果越差,壓力損失系數(shù)越大;冷卻液速度越大,其換熱效果越好,壓力損失越大,壓力損失系數(shù)越小;冷卻液溫度對換熱效果亦有一定影響。激光功率越大,導(dǎo)光鏡的溫升越大;鏡面溫升對時間敏感性不同,激光輻照發(fā)生的初期溫升增加較快,后期趨于平緩。
【圖文】：

中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)位論文：強(qiáng)激光作用下導(dǎo)光鏡液冷技術(shù)研究面臨新的困難。本文所研究的新一代激光發(fā)射系統(tǒng)路系統(tǒng)[6]。的組成部件主要包括 3 塊導(dǎo)光鏡和一塊中心反射鏡的激光光束所成的角度為 45°。在裝調(diào)時，需要保在經(jīng)軸所在的直線上；2，第二塊與第三塊導(dǎo)光鏡以相對靜止，同時保證可以同經(jīng)軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。軸軸線和緯軸軸線的中心交匯處，，其與經(jīng)、緯、視均為 45°，同時保證能實現(xiàn)其與經(jīng)緯兩軸的跟隨轉(zhuǎn)

圖 3.1 導(dǎo)光鏡幾何模型(a) 導(dǎo)光鏡整體結(jié)構(gòu)圖；(b)導(dǎo)光鏡整體尺寸圖；(c)通道截面示意圖Fig 3.1 Light guide mirror geometry model；(a) Schematic structure of the whole Light guide mirror geometry model; (b) Overall dimension ofthe light guide mirror; (c) The cross section shapes of the channels表 3.1 導(dǎo)光鏡結(jié)構(gòu)尺寸 (mm)Table 3.1 Geometrical parameters of the Light guide mirrorParameter a b L1L2L3L4HValue/mm 95 75 200 80 160 100 20
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN24

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2701241