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.     

端泵Nd：YAG高功率复合棒三维热应力分布的计算模拟

采用有限差分方法分析模拟了高功率端泵Nd:YAG复合棒的三维热应力分布,并与不合端帽的情况作了对比.研究了非对称泵浦、端帽厚度、冷却边界条件、激光介质尺寸和材料特性等参数对三维热应力分布的影响.计算结果表明:采用复合棒结构能够改善介质的热分布,减小介质表面的张应力(由无端帽时的136 MPa减少到8.6 MPa),因此这种结构允许激光器获得大功率的激光输出.数值计算结果与Anasys软件模拟的结果一致,与已知实验结果定性相符.文中采用的有限差分方法避免了超大型矩阵运算,提高了计算精度和运算速度,对高功率固体激光器的优化设计有实际价值.     

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。     

大功率固体激光器冷却技术进展

本文针对固体激光器散热问题,介绍了近年来国内外的先进冷却技术及其研究进展,并指出了存在的问题,为大功率固体激光器的新型高效冷却与热控技术研发提供了参考依据.     

激光武器浅析

随着激光器技术的发展,较高能量的激光器已作为一种武器应用于实战中,这就是激光武器.激光武器利用定向发射的激光束,以光速传输电磁能,直接毁伤目标或使之失效的光束武器.激光武器的发展将改变现代战争的模式,加速现代战争的进程.激光武器可以安装在不同的载体上,如飞机、坦克,装甲车和舰艇等,也可部署在地面和空中构成所谓的地基和天基激光武器系统.从激光武器的组成、关键技术、攻击方式和特点等几个方面介绍了激光武器,并介绍了美国在机载、车载、舰载以及天基,地基激光武器的发展现状.     

固体激光器新型冷却热沉的设计和CFD数值研究

为固体激光器设计了一种新型内部结构扰流柱结构的冷却热沉,采用计算流体力学（CFD）方法对此水冷热沉的三种典型设计方案以及传统的空腔结构和等截面小通道结构热沉分别进行了数值模拟,据此研究了冷却水流量对各种方案的增益介质最高温度、冷却面温度分布以及热沉的压力损失等特性的影响。在相同传热量和相同冷却水流量前提下,等截面小通道热沉和扰流柱热沉的传热特性都明显优于空腔结构热沉。与等截面小通道水冷热沉相比较,扰流柱热沉传热热阻更小,而流动压力损失较大。数值模拟结果表明扰流柱热沉传热性能优于传统的两种热沉（空腔结构和等截面小通道结构）设计方案,具有更好的冷却效果。在较高流量下工作时,扰流柱热沉传热性能略优于等截面小通道热沉,在较低流量下工作时则显著优于等截面小通道热沉。     

输出功率达4kW的盘形激光器

固体激光器中的增益介质通常为棒形．即一种易于加工且能直接获得高质量输出光束的几何形状。Hughes Research公司的Theodore Maiman于1960年研制的第1台用闪光灯泵浦的红宝石激光器就是采用这种形状。然而，对于大功率激光器而言，这种低表面／体积比的典型棒形会在棒内积蓄热量，产生热透镜效应，使输出光束的质量变差。     

水柱导引抽运光纤激光器端面热效应分析

为了解决大功率光纤激光器严重的端面热效应问题,采用水柱导引抽运光的抽运新方法.在该抽运形式中,抽运光被耦合进由喷嘴喷出的高速水柱中,水柱以波导形式导引抽运光进入光纤.对普通端面抽运和水柱导引抽运两种抽运形式的双包层光纤激光器的抽运端的热效应进行了理论计算和分析比较,抽运功率为800W时,光纤端面温度从普通端面抽运时的250℃下降到30℃,基本接近环境温度,光纤侧面的温度也大大地降低.结果表明,水柱导引抽运冷却效果显著,特别是光纤的抽运端得到了很好的冷却,可有效地解决大功率光纤激光器的端面热损伤问题.     

脉冲式喷雾冷却的实验研究进展

脉冲式喷雾冷却是解决现在大功率电子设备散热问题的最理想方法之一,具有能够大幅度提高电子元器件换热效率的潜能。介绍了脉冲式喷雾冷却相比传统连续喷雾冷却所具有的优点,综述了国内外对脉冲式喷雾冷却的研究,总结了占空比、频率及喷雾周期对热表面换热效率的影响。最后总结了现阶段关于脉冲式喷雾冷却的研究结论并展望了未来的研究方向。     

一种新型的热稳腔

一种新型的热稳腔,由半导体激光泵浦源、全反射镜、固体激光介质、x向位置可移动的补偿透镜、输出镜及x向移动控制装置组成.在激光谐振腔内放置一x向位置可根据激光输出功率的变化而移动的补偿透镜,从而在大功率激光输出时消除腔内的热透镜效应,形成一热稳定腔.该热稳定腔可应用于大功率半导体泵浦固体激光器,有效消除腔内的热透镜效应,在激光大功率输出时保证激光器性能稳定可靠.     

RF-pumped infrared laser using transverse gas flow

A transverse gas flow configuration has been developed utilizing RF discharge waveguide technology for several infrared lasers. Two potential applications have been identified: pulsed chemical laser and CW CO2laser. In the 3.8 μm DF laser, the flowing gas device provides rapid gas replenishment to maintain high electrical efficiency at high repetition rates. An average power of 0.6 W was achieved at 1 kHz. An order of magnitude power improvement can potentially be developed in a closed cycle system. In the CW CO2laser, the flowing gas provides efficient cooling so that high output power per unit gain length can be achieved. A 16 W output in a 20 cm gain length device, corresponding to a record 0.8 W/cm output has been demonstrated. This system can be developed into a 20-60 W laser with a 20-50 cm gain length.     

Active mode locking with hybrid lasers

We present the results of a numerical study of active mode locking with hybrid lasers which contain an inhomogeneously broadened laser medium and an homogeneously broadened laser medium. The spectral, pulse, and gain characteristics of actively mode-locked hybrid lasers and the influence of the unsaturated gain, the saturation power, and the homogeneous linewidth on the pulse coherence and bandwidth are studied. The simulations show that coherent and shorter pulses are generated as compared to that by either an inhomogeneously broadened medium or a homogeneously broadened medium alone. Varying the unsaturated gain or the saturation power of the gain medium are two equivalent ways to obtain the same maximal coherent pulse bandwidth for given gain media. When different gain media can be selected, a larger pulse bandwidth can be obtained with the use of a broadband homogeneously broadened medium     

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。     

固体热容激光器的设计和功率标定

固体热容激光器（SSHCL）作为下一代最佳候选高功率激光器,引起人们广泛关注。介绍了固体热容激光器工作原理、光抽运期间介质板内荧光分布和温度分布、介质板冷却以及功率标定。详细讨论了激光介质温度对激光输出功率的影响,对有关设计要点也作了相关分析。     

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%。     

相变直冷高功率光纤激光器

通常,高功率光纤激光器采用如水冷、风冷等传统散热方式,往往无法满足实际需求(水冷体积重量大,风冷散热不足),进而导致激光器不能满足一些特殊应用。文章利用相变储能的特性,采用相变制冷方法,对全光纤激光器热处理进行了理论分析与实验研究,实现了工作波长1080 nm,最大输出功率409 W的连续光纤激光输出,光-光转换效率80 %,有效减小了体积、重量,为高功率光纤激光器的热管理提供了新方法。     

复合型微通道热沉设计与制作技术研究

从大功率半导体激光器可靠性封装和应用考虑,利用商用有限元软件Abaqus与CFdesign对微通道热沉材料、结构进行优化设计,结合相应的制造工艺流程制备实用化复合型微通道热沉。微通道热沉尺寸为27 mm×10.8 mm×1.5 mm,并利用大功率半导体激光阵列器件对所制备热沉进行散热能力、封装产生的"微笑效应"进行了测试,复合微通道热沉热阻约0.3 K/W,"微笑"值远小于无氧铜微通道封装线阵列,可以控制在1μm以下。复合型微通道热沉能满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求与硬焊料封装的可靠性要求。     

基于啁啾放大的飞秒太瓦量级Ti:Al2O3激光器新进展

综述了基于啁啾放大技术的飞秒太瓦量级Ti:Al2O3激光器的发展概况及最新进展,在详细分析了其应用前景的基础上,进一步指出了这一技术领域未来的发展趋势。     

一种用于端面泵浦DPL的微通道热沉设计方案

讨论了在大功率泵浦条件下,有效控制固体激光器晶体的工作温度,介绍了串接扇形喷射式微通道散热系统,并对端面二级管泵浦固体激光器冷却系统进行了设计,该散热系统是半圆形金属中刻有微通道槽道,将传导冷却与流体冷却紧密结合的一种新型制冷器件。理论分析证明,该器件加强了热传导能力,提高了固体激光器的工作效率。