本文關(guān)鍵詞：薄膜電極重頻電光開(kāi)關(guān)的熱管理研究

  更多相關(guān)文章： 普克爾盒 透明導(dǎo)電薄膜 重復(fù)頻率 熱管理 流體冷卻 傳導(dǎo)換熱 熱補(bǔ)償

【摘要】：高平均功率激光器能夠加強(qiáng)光與物質(zhì)之間的相互作用,在高能高密度物理、粒子加速和聚變能源等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。世界各國(guó)對(duì)于聚變能源的重視讓高功率重頻激光技術(shù)得到迅速發(fā)展,如美國(guó)的Mercury裝置,德國(guó)Polaris裝置,法國(guó)Lucia裝置和中國(guó)神光裝置。這些激光驅(qū)動(dòng)裝置都有著大口徑、高功率、重頻運(yùn)轉(zhuǎn)、多程放大的特點(diǎn)。普克爾盒電光開(kāi)關(guān)是重頻激光裝置中的關(guān)鍵單元,其作為級(jí)間隔離器件抑制了自激振蕩,同時(shí)控制多程放大的程數(shù),提高能量的提取效率。與等離子體電極電光開(kāi)關(guān)相比,透明導(dǎo)電膜電極電光開(kāi)關(guān)同樣可以定標(biāo)到大口徑,而大幅度降低了均勻電極的獲得難度,可用于激光系統(tǒng)中較低峰值功率位置實(shí)現(xiàn)光束多程控制或級(jí)間隔離功能。重頻運(yùn)轉(zhuǎn)下,開(kāi)關(guān)晶體會(huì)對(duì)光脈沖產(chǎn)生線(xiàn)性吸收而導(dǎo)致熱沉積,晶體內(nèi)的熱沉積使晶體產(chǎn)生溫升。DKDP晶體具有雙折射特性,其對(duì)溫度極其敏感。高功率重頻運(yùn)轉(zhuǎn)意味著普克爾盒需要高效的熱管理,因此薄膜電極重頻電光開(kāi)關(guān)的熱管理研究具有重要的科學(xué)意義。本文針對(duì)薄膜電極普克爾盒,分別提出傳導(dǎo)冷卻和流體冷卻的熱管理方案,在低光通量的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下,在普克爾盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以使用透明導(dǎo)電薄膜作為開(kāi)關(guān)電極,同時(shí)采用薄晶體定標(biāo)到大口徑。本文對(duì)薄膜電極普克爾盒,分別提出傳導(dǎo)冷卻和流體冷卻的熱管理方案,并對(duì)開(kāi)關(guān)晶體中的熱效應(yīng)進(jìn)行模擬分析。本文主要研究的內(nèi)容有兩個(gè)方面：一、流體冷卻式熱管理方案的研究,通過(guò)建立了流固耦合有限元模型來(lái)分析流體冷卻式重頻普克爾盒的換熱特點(diǎn)。對(duì)流體流動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)行模擬分析,然后討論影響換熱系數(shù)的相關(guān)因素,以及晶體內(nèi)熱沉積的影響因素,得到普克爾盒的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)。并在優(yōu)化的熱管理前提下,模擬開(kāi)關(guān)重頻應(yīng)用時(shí)(0.4J/cm2@16Hz)開(kāi)關(guān)晶體內(nèi)產(chǎn)生的熱效應(yīng)。模擬得到：開(kāi)關(guān)晶體中的最大溫升為1.67 K,最大應(yīng)力為1.87 MPa,出現(xiàn)在光斑邊界處,應(yīng)力雙折射致退偏損耗的最大值出現(xiàn)在光斑邊界處,為0.38%,總波前畸變?yōu)?.239λ。二、傳導(dǎo)冷卻式熱管理方案的研究。提出薄膜電極的普克爾盒結(jié)構(gòu),其采用寶石傳導(dǎo)換熱的熱管理方式。首先通過(guò)理論分析得到相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),然后實(shí)驗(yàn)分析傳導(dǎo)換熱的特點(diǎn),并驗(yàn)證理論分析。在110W平均功率輻照下測(cè)量開(kāi)關(guān)晶體和寶石的溫升、開(kāi)關(guān)全口徑上的退偏和波前畸變的分布。同時(shí)將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相比較,驗(yàn)證所寫(xiě)程序的有效性。最后,提出熱效應(yīng)管理優(yōu)化的方法：邊界主動(dòng)加熱補(bǔ)償法。邊界主動(dòng)加熱補(bǔ)償是通過(guò)改善橫截面上溫度梯度分布的均勻度來(lái)降低退偏損耗和波前畸變,能夠有效地提高重頻普克爾盒的熱管理效率。
【關(guān)鍵詞】：普克爾盒 透明導(dǎo)電薄膜 重復(fù)頻率 熱管理 流體冷卻 傳導(dǎo)換熱 熱補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN24
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-22
• 1.1 背景8-11
• 1.2 重頻普克爾盒電光開(kāi)關(guān)的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 重頻等離子體普克爾盒電光開(kāi)關(guān)12-14
• 1.2.2 傳導(dǎo)換熱式重頻普克爾盒14
• 1.2.3 橫向熱補(bǔ)償重頻普克爾盒14-15
• 1.2.4 反射式等離子體電極重頻普克爾盒15-16
• 1.3 基于IFE激光驅(qū)動(dòng)器的普克爾盒設(shè)計(jì)16-20
• 1.3.1 薄膜電極的材料現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 透明導(dǎo)電薄膜電極普克爾盒的設(shè)計(jì)18-20
• 1.4 論文的主要內(nèi)容和研究方法20-22
• 1.4.1 研究意義20-21
• 1.4.2 主要內(nèi)容21
• 1.4.3 數(shù)值模擬方法21-22
• 第二章 普克爾盒電光開(kāi)關(guān)熱問(wèn)題的理論分析22-30
• 2.1 引言22
• 2.2 熱效應(yīng)22-24
• 2.2.1 溫度傳輸與分布22-23
• 2.2.2 應(yīng)力分布23-24
• 2.3 退偏損耗24-25
• 2.3.1 溫致電光系數(shù)引起的退偏損耗24-25
• 2.3.2 應(yīng)力雙折射引起的退偏損耗25
• 2.4 波前畸變25-28
• 2.5 流體流動(dòng)及傳熱方程28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 薄膜電極普克爾盒流體冷卻換熱管理分析30-51
• 3.1 引言30
• 3.2 建立流固耦合模型30-32
• 3.3 普克爾盒中冷卻流體的分析32-34
• 3.4 換熱系數(shù)的影響因素34-38
• 3.4.1 縫隙寬度與換熱系數(shù)的關(guān)系34-35
• 3.4.2 流體流速與換熱系數(shù)的關(guān)系35-36
• 3.4.3 流體入口大小與換熱系數(shù)的關(guān)系36-38
• 3.5 影響晶體中熱沉積的因素38-42
• 3.5.1 熱傳輸和應(yīng)力傳輸有限元模型38-39
• 3.5.2 開(kāi)關(guān)晶體厚度對(duì)溫度、應(yīng)變及光束波前的影響39-40
• 3.5.3 光斑與開(kāi)關(guān)晶體的邊界距離對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的影響40-42
• 3.6 冷卻換熱管理下的熱效應(yīng)分析42-49
• 3.6.1 溫度和應(yīng)力分析42-46
• 3.6.2 退偏損耗分析46-48
• 3.6.3 波前畸變分析48-49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 第四章 薄膜電極普克爾盒傳導(dǎo)換熱管理分析51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 理論設(shè)計(jì)51-54
• 4.3 實(shí)驗(yàn)分析54-60
• 4.3.1 傳導(dǎo)換熱分析55-57
• 4.3.2 熱效應(yīng)分析57-60
• 4.4 熱管理的加強(qiáng)60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第五章 總結(jié)63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 附錄69
• 攻讀碩士期間的論文情況69
• 攻讀碩士期間參加會(huì)議情況69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：655433