碟片激光器冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、碟片激光器效率高、光束質(zhì)量好、功率范圍大,并且運(yùn)行成本比較低廉?，F(xiàn)有的碟片激光器多使用Yb:YAG晶體作為工作物質(zhì)。但是Yb:YAG晶體為準(zhǔn)三能級結(jié)構(gòu),對冷卻溫度十分敏感。隨著Yb:YAG晶體溫度的升高,激光器的輸出閾值會升高、斜效率會降低、諧振器不穩(wěn)定、輸出光束質(zhì)量變差。如果溫度繼續(xù)上升并且分布不均,晶體內(nèi)應(yīng)力過大會使碟片破裂。因此,設(shè)計(jì)高效的冷卻系統(tǒng)是研制大功率碟片激光器必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本論文首先對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了

2、整體介紹,然后針對每一部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法,研究了冷卻系統(tǒng)的管道內(nèi)徑大小對冷卻系統(tǒng)水頭損失的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:管道半徑增加一倍可以將泵的揚(yáng)程從139m降低到95m,而不改變冷卻效果。
　　然后,根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本原理,運(yùn)用FLUENT和ANSYSWorkbench對冷卻指和熱沉的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在原冷卻指的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了中間進(jìn)水兩側(cè)回水的冷卻指結(jié)構(gòu),增大了流量,降低了碟片溫度。對射流冷卻結(jié)構(gòu)的

3、研究發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi),隨著射流針孔的長度減小,與冷卻物質(zhì)接觸的熱沉表面湍流度增大,碟片溫度不斷降低;減小射流沖擊的距離,對射流冷卻的換熱能力有較大的提升。本論文還針對方形熱源的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了針孔孔徑等差分布的噴頭結(jié)構(gòu),這種換熱系數(shù)非均勻分布的射流冷卻結(jié)構(gòu)能夠使碟片溫度分布更加均勻。
　　最后研究了熱沉材料、厚度以及矩形肋片的排布方式對冷卻效果的影響。高導(dǎo)熱率的材料能夠大幅度降低晶體的溫度,而減小熱沉厚度也可以降低晶體的溫度但碟片變形