高功率固体激光器微通道冷却结构的数值研究

针对端面泵浦固体激光器的微通道冷却结构,基于流-固-热耦合的数值方法计算了不同冷却液流量下增益介质内部的温度分布和冷却结构的流动阻力,为下一步冷却结构的改进提供了理论依据。计算结果表明:当冷却液流量增加至15 L/min时,增益介质的最高温度不再出现明显下降,此时微通道冷却结构的内部流动阻力不会对冷却系统运行造成明显的影响;冷却结构的进出口位置及水冷方向对增益介质内部的热分布具有较大的影响。     

高功率固体激光器冷却技术

大热流密度散热问题已成为发展高功率激光器的关键技术之一.本文结合我们近年来的研究工作,综述了目前正在应用或正在研究的针对高功率激光器冷却技术的研究现状,主要包括微通道液体对流换热、固体冷却、喷雾冷却和微热管冷却.然后根据技术发展趋势,提出了微通道沸腾换热冷却和液氮冷却是两种具有很好应用前景的冷却技术,并介绍了该两项技术目前基础研究进展情况.     

大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究

以水为冷却介质,采用雾化角60°的Steinen系列1.5和2.0实心圆锥喷嘴,研究不同流量(3.26～5.0 L/h)时大功率激光器喷雾冷却中的换热性能.结果表明,喷雾冷却"无沸腾"区换热性能不能简单以流最大小来衡量;对于同种型号喷嘴,压力,流量增大会导致换热性能增强;但对不同型号的喷嘴,增大压力与流量不能明显增强换热能力.在液滴喷射速度变化不大时,由于流量增加会引起液滴数通量、液滴粒径大小、液膜厚度等喷雾参数的变化,这些参数共同影响着换热.冷却效率主要受液体流量和液滴喷射速度共同影响.对于同种型号喷嘴,压力增强冷却效率下降.相对于光滑表面,粗糙换热面在喷雾冷却"无沸腾"区有着更好的换热性能和冷却效率.     

新一代大功率固体板条激光器的技术进展

介绍了固体板条激光器为了获得大功率和高光束质量而采用的新技术,阐述了新一代大功率固体板条激光器的最新进展,分析了新一代大功率固体板条激光器的技术特点,并对其应用前景进行了展望.     

板条固体激光器的一种热物理模型

为了获得固体激光器的高功率、高光束质量和高效率，采用理论分析的方法，建立了板条激光介质温度分布和冷却速率等热物理参量的模型，并以灯抽运钕玻璃板条固体激光器为例，进行了数值计算。结果表明，2维模型可以更精确地说明板条固体激光器的温度分布和冷却速率等热物理特征。该研究对高功率板条激光介质的设计具有一定的指导意义。     

薄片激光器低畸变冷却技术研究

薄片激光器的导热距离短,能显著降低热透镜效应,已经成为高功率固体激光研究的热点。然而,随着泵浦口径和泵浦功率的不断增大,热效应愈发严重,其造成的热致畸变成为限制激光器出光功率和光束质量的主要因素之一。针对大尺寸薄片激光器工作时热致畸变过大的情况,提出了基于非均匀冷却的微通道复合射流冲击的流道设计思路。基于该思路完成了中心辐射结构冷却器的设计,并借助流-固-热耦合仿真,研究了不同冷却器的流道结构参数对增益介质热致畸变的影响。实验结果表明,采用中心辐射结构的冷却器能将相同条件下的增益介质的光学畸变缩小50%。     

高功率激光器光学元件冷却技术的研究

当前对由热效应引起的激光器及其光学元件变形和破坏问题的研究越来越受到国内外学者的重视。控制镜子温升的方法通常有改进水冷铜镜、采用半导体制冷、相变技术等。文中对这些方法进行了比较,重点阐述了多层水冷这一新技术。工程实践结果证明,该方法能有效地控制镜子温升,将镜面变形控制在一个很小的范围内,为解决阻碍高功率激光器发展的“瓶颈”—热效应问题,提供了有力的参考依据。     

直接液体冷却薄片固体激光器研究进展

在高能固体激光器中,通常每增加一片增益介质都要增加与其对应的一整套冷却系统,随着高能固体激光器功率的进一步提高,激光器系统体积越来越庞大,并且对激光器的热管理提出了越来越高的要求。直接液体冷却薄片固体激光器因其优越的热管理及非常小的体积输出功率比,近年来成为新型固体激光器研究的热点。本文介绍了直接液体冷却薄片固体激光器概念的提出,阐述了该类激光器的特性,并提出了该类激光器的分类。分析了两类直接液体冷却薄片固体激光器的研究进展以及在获取高光束质量方面的技术挑战。     

高功率激光束的远场特性研究

采用场振幅沿x方向呈线性变化的非均匀光束模型,研究了非均匀场分布和内光路非线性热效应对远场特性的影响。研究表明,初始光束的非均匀分布会影响可聚焦能力,并引起像散。内光路的热效应会进一步减小可聚焦能力和加剧像散。此外,由于热效应,远场峰值光强要降低,且位置发生移动。     

军用激光器冷却液的研制

XW1军用固体激光器冷却液适用于重复频率固体激光器.它具有比热大,热传导系数高,对冷却系统无腐蚀作用,适用温度范围(-65℃～99℃)大的优点.该冷却液主要由卤化锂、水组成,并含有阻化剂及提高热传导系数的有机添加剂.     

Some candidate atoms and ions for frequency standards research using laser radiative cooling techniques

The rapid progress in laser atomic cooling ideas and also in laser spectral coverage and frequency stabilization make it appropriate to reexamine the periodic table for atoms and ions that may be of special interest for radiatively-cooled frequency standards research. We discuss Hg⁺, Pb⁺, Ba⁺, neutral alkalis, Mg, Ca, and Ag. Optical two-photon and weak single-photon transitions are represented, along with microwave hfs and fs transitions.     

紫外激光冷却镁原子

利用反向激光与原子跃迁产生共振,可使Na和Cs原子减速。与Na和Cs原子相比,Mg原子结构对于冷却更为方便。Mg原子的部分能级示于图1。从图中可以看出,区别于Na或Cs原子的是Mg原子的基态没有精细结构,因此也就避免了光泵效应。当然有一定输出功率的与Mg原子的~1S_0—~1P_1产生共振跃迁的285.2nm的激光是必要的。     

高功率绿光激光器热稳定性的研究

本文报道了对平均功率达110W的高功率、高重复频率全固态绿光激光器热稳定性的研究。针对实验中出现的532nm绿光输出平均功率不稳定的情况,分析了泵浦电流、谐振腔长度等因素的变化对平-凹腔的稳区范围和腔内激光模式特性的影响。理论分析中分别把KTP晶体和Nd:YAG棒看做薄透镜和热透镜,通过计算谐振腔传输矩阵的方法,得到了稳区范围和腔内光束分布情况。实验中采用的泵浦头由80个20W的高效率半导体激光器组成,按照五角形等间距侧面泵浦Nd:YAG棒,采用高效率的声光Q开关,倍频晶体为Ⅱ类相位匹配的KTP晶体(φ=24.7°,θ=90°),最终得到了平均功率为110W的532nm激光输出,实验结果与理论计算符合得很好。     

激光放大器冷却实验研究

为了不断提高激光放大器输出的激光能量，已由单灯激光光泵，发展到多灯激光光泵。为改善对激光放大器冷却机理和方法上存在问题，本文对激光放大器的冷却方面进行了初步探讨。为获得尽可能高的增益和尽可能小的由热引起的光泵畸变。本文从氙灯温度对激光放大器的性能影响和对激光棒的冷却实验，以及改善机械设计等方面进行论述，并在装置上进行应用，获得较好的效果。     

运动三能级原子双光子冷却的理论研究

从三能级原子在双光子跃迁过程的辐射压力入手,利用其动量扩散系数和阻尼系数,以铷原子为例进行了双光子冷却的理论研究.研究结果表明:三能级原子经过双光子冷却不但可以得到较多普勒极限更低的温度,而且具有较高的冷却效率,此结果可为实验研究提供理论基础.     

全固态激光电视的研究

阐述了转鼓振镜扫描激光电视系统的设计,系统采用瓦级以上的红、绿、蓝全固态激光器作为光源,合理计算三基色的功率配比,采用多面转鼓和振镜分别实行、场扫描.设计中采用图像存储、转鼓镜面位置检测的方法,即利用检测到的转鼓位置信号来控制存储的图像信息的读取,从而进一步控制调制器和振镜,很好的实现了同步扫描.该方法降低了光学扫描系统的制作难度,避免了转鼓转速起伏、镜面加工时的角度分割误差对扫描造成的不利影响.制成的激光电视样机扫描面积为5 m2,显示的彩色视频图像亮度高、色彩鲜明.     

高功率激光反射镜热变形补偿的实验研究

研制了一套由环形半导体温控片、半导体温控片温度施加机构和温度控制电路组成的反射镜变形动态补偿系统。圆形反射镜在环形温度控制下,产生曲率可变的内凹或外凸球面变形,由此补偿激光反射镜自身热变形或激光系统中透射元件热变形产生的离焦量。采用口径为50 mm,厚度为10 mm平面反射镜进行了“施温-变形”以及“辐照—施温-变形”实验,利用干涉仪对面形进行监测。获得了温度-面形变化曲线,镜体中心位移和温度保持线性关系,在50 ℃温度下,中心最大变形量超过2.5 μm,温度-变形系数为0.088 μm/℃。在激光功率162 W辐照下,反射镜的热变形补偿量由0.3 μm减小到0.08 μm,对系统中透射元件的热变形量从0.28 μm补偿至0.066 μm。     

免调试固体激光器的研究

描述了一种新型的免调试激光装置.它采用定向棱镜作为谐振腔的全反镜,在固体激光器中安装后不经调试就能实现激光运行,它具有抗失调能力强、远场光场能量集中、发散角小的特点,角度失调允量±20°,棒轴平移量为D/4,发散角小于3mrad.在100Hz高重复频率运行时,单脉冲Cr4+:YAG晶体被动调Q输出能量达到300mJ,且光场分布均匀.