高功率全固態(tài)碟片激光器在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)會(huì)引起激光器輸出功率降低、光束質(zhì)量退變,針對(duì)該問題本文將多孔碳化硅泡沫和毫米通道引入到全固態(tài)碟片激光器的換熱熱沉中,并將其應(yīng)用于多沖程泵浦的全固態(tài)碟片激光器.利用有限元分析軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,當(dāng)碳化硅厚度為2mm,孔隙率為40%,入水口壓力為4kg（0.4 MPa）時(shí),系統(tǒng)理論換熱系數(shù)為1.51×10⁵ W/m²·K,實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果為1.45×10⁵ W/m²·K,理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為接近,驗(yàn)證了理論模型的正確性.最后利用該新型熱沉搭建了基于Yb∶YAG的24沖程全固態(tài)碟片激光器實(shí)驗(yàn)裝置,獲得輸出功率為393 W,波長(zhǎng)為1 030nm的連續(xù)激光輸出,光-光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到52%,光束參數(shù)乘積為5.918mm·mrad. 

【文章來源】：光子學(xué)報(bào). 2020,49(04)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

多孔結(jié)構(gòu)熱沉換熱模型

多孔介質(zhì)的孔隙率能夠通過工藝控制實(shí)現(xiàn)不同的需求，為此利用有限元分析出不同孔隙率下，熱沉表面溫度隨孔隙率的變化曲線．如圖2(a）所示，隨著孔隙率的提升，熱沉的換熱系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，其中在孔隙率為43%點(diǎn)附近出現(xiàn)溫度最低點(diǎn)．同時(shí)，由圖2(b）給出孔隙率分別為95%、65%、40%、10%時(shí)熱沉的換熱系數(shù)分布曲線，可以看出換熱系數(shù)曲線呈現(xiàn)“峰谷”變化，這主要是由于毫米通道采用進(jìn)出交替變化出入水設(shè)計(jì)導(dǎo)致的．從熱沉溫度及換熱系數(shù)分布上可以看出，隨著孔隙率的增加，換熱系數(shù)先增大后減小，其中在孔隙率為40%附近呈現(xiàn)出最大值．

由于多孔介質(zhì)可增加流體的熱阻，其厚度參數(shù)尤為重要，因此在多孔介質(zhì)厚度為1～4mm時(shí)，對(duì)熱沉模塊分別進(jìn)行有限元仿真分析，通過確定熱沉表面溫度間接衡量熱沉換熱能力．圖3為熱沉表面隨溫度介質(zhì)厚度變化的曲線，可見，多孔介質(zhì)厚度約在1.5～2mm之間時(shí)，晶體溫度最低．因此選擇拐點(diǎn)位置2mm厚的多孔介質(zhì)為設(shè)計(jì)參數(shù)．1.4 多孔泡沫熱沉對(duì)入水口壓力的選擇


本文編號(hào)：3122853