射流式水冷镜结构优化设计

 分析了影响射流式水冷镜形变的各种因素,利用ANSYS有限元分析软件,对各项结构参数对镜体形变的影响进行了数值模拟,探索出射流式水冷镜结构设计的一般规律,得到了镜体结构的优化设计方案。数值结果表明：在镜体直径80 mm、镜面净吸收功率100 W、光斑直径25 mm、使用硅作为镜体材料的情况下,射流式水冷镜镜面最大形变可低至0.07 μm,明显优于其它类型的水冷镜。     

连续波DF/HF化学激光器气膜冷却式喷管流场数值分析

在连续波DF/HF化学激光器主喷管收缩段采用气膜冷却方式,从3维离散小孔注入氦气射流以隔离壁面和主气流。通过对3种气膜孔排布方式下喷管内主气流状态进行数值模拟研究,分析氦气与主气流之间的相互作用,比较了不同方式下主气流氟原子冻结效率及壁面冷却效果。考虑到DF/HF化学激光器主喷管结构尺寸较小,采用适当间隔的单排圆孔注入是现实可行的,并有望达到较好的冷却保护效果,从而提高激光器运转效率。     

强激光热管冷却镜的数值研究

 为消除强激光微沟道水冷镜冷却水压力和扰动对激光输出稳定性的影响和冷却水道对冷却水流量的限制,提出并设计了热管冷却镜。采用ANSYS有限元软件,模拟计算了相同结构下镜面热吸收为12 W/cm²,实心镜、微沟道水冷镜与热管冷却镜连续工作60 s下镜体温升和镜面变形量。计算结果表明：热管冷却镜镜面轴向位移最大峰谷值为0.109 4 μm,微沟道水冷镜最大峰谷值为0.845 μm,实心镜镜面最大峰谷值为1.33 μm,热管冷却镜对镜面变形改善显著。     

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。     

光束变换环形孔径有源激光谐振腔模式的数值模拟

建立了燃烧驱动环柱型高能化学激光器环形增益介质的五种分布模型,使用差分和积分相结合的方法计算了束变换环孔腔在不同增益分布和折射率分布时的模式特征,研究了增益分布和折射率分布对束变换环孔腔输出性能的影响,结果表明束变换环孔腔在不同的增益介质及折射率分布情况下,仍然可以保持良好的输出光束质量,很高的提取效率,在化学激光器增益流存在激波扰动的情况下,输出光场的施特雷尔比仍达到0．8991,同时腔镜上光强分布较为均匀,可以避免镜面因热应力分布不均匀而造成镜面变形和破坏。该腔不但适用于高能化学激光器,也可以用于高能固体激光器,起到克服固体增益介质热畸变与热应力的作用,可获得优良的输出光束质量。     

微射流阵列冲击恒热流壁面换热数值模拟

微射流冲击作为一种高热流冷却技术,在大功率激光器、微电子芯片等微型高热流器件冷却方面有广阔应用前景.本文对微射流阵列冲击恒热流表面的换热情况进行数值模拟,详细分析了微射流阵列的换热特点,对比了射流孔顺排和叉排方式的冷却性能,得出射流入口雷诺数、射流孔间距、射流高度等因素对冷却特性的影响规律.     

高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究

对高功率光子晶体光纤激光器温度分布问题进行了理论研究.在分析光纤热产生机理和结构的基础上,建立了双包层光子晶体光纤激光器稳态切面温度分布简单模型,数值模拟了光纤径向的温度分布、纤芯温度和纤芯-表面温差与纤芯热负载的关系,研究了光纤结构对温度分布的影响;并就激光器光纤泵浦端面的冷却方案进行讨论,数值模拟了外界对流系数不同时纤芯温度的大小.结果表明：对高功率光子晶体光纤激光器采用风冷和水冷的方法可以降低热效应的影响.     

脉动冷却流对冷却孔出口附近流动结构的影响

为了探索新型高效能的气膜冷却技术,本文提出了一种脉冲射流冷却方法,并以平板上垂直方形冷却孔为几何模型,以正弦曲线分布的射流速度为冷却气流模型,采用非定常CFD数值模拟技术,在给定横向流速和非定常射流速度的条件下,对孔附近局部三维流场的非定常特性和流场结构进行了数值模拟研究.     

薄片激光介质分区域主动冷却方法

针对高功率、大口径薄片激光器,提出了采用半导体制冷片阵列对薄片激光介质进行分区域主动冷却的方法,通过调节各单元半导体制冷片的工作电压,改变阵列的冷却效率分布,实现了对薄片激光介质的局部温度的控制,进而使得薄片介质的横向温度分布均匀,降低了热效应的影响,为薄片激光器的冷却设计提供了新思路,并通过实验验证了该方法的可行性。     

横向射流式单重态氧发生器的性能实验研究

 对氧碘化学激光器的单重态氧发生器（SOG）进行了改进，采用横向射流方式，并对该横向射流式单重态氧发生器的性能进行了检测。实验中过氧化氢碱溶液温度控制在－16℃左右,氯气流量为530mmol/s，He与氯气的流量比为3;采用PS法测量单重态氧分子的产率,吸收法测量氯气的利用率和相对水含量。得出如下结论:在不使用冷阱和分离器的情况下，最高单重态氧分子产率达到58%, 氯气利用率在80%以上,相对水含量小于等于0.5;气体达到最大流量时,发生器仍然能稳定地工作。     

激光相干合成中单元的相位和振幅波动对合成光束远场分布的影响

运用傅里叶光学分析法推导出系统抖动造成单个光源的相位和振幅发生波动时的远场光强表达式,以1维阵列为例分析了系统抖动对远场的影响。研究表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐,能量更集中;系统抖动引起了远场峰值光强的减少,出现了本底现象,破坏了远场的对称性和光束质量;激光阵列单个光源的相位随机抖动应该控制在3/8范围内;相干合束发光单元数目越多,系统抖动对远场的影响越小。     

环形磁场金属等离子体源冷却流场的数值模拟与优化

环形磁场金属等离子体源作为一种全新的等离子体源结构,可用于产生高度离化、无大颗粒、高密度的离子束流,但传统流道结构不能保证其高效、均匀散热,大功率工作时可能引起密封胶圈的烧蚀失效,需对其冷却流场进行优化设计.利用Solidworks Flow Simulation软件对等离子体源冷却流道进行模拟,分析出入水孔分布角度、孔数、孔径以及入水孔高度对冷却效果的影响规律,并对流道结构参数进行优化.结果表明,增大水孔的周向分布范围,有利于提高散热的均匀性;入水孔设置在结构上层有利于减少冷却水的温度分层现象,使铜套和密封胶圈都处于较好的冷却状态;适当减小孔径有利于增大冷却水射流速度,增大湍流程度强化传热,提高换热效率.优化后的流场结构可以提高冷却水的利用率,在相同流量条件下获得更好的冷却效果,改善等离子体源的放电稳定性,为环形磁场金属等离子体源的冷却结构设计提供理论依据.     

锯齿形板条抽运结构的热效应数值比较

激光二极管抽运的全固态激光器中,除了激光介质的温度分布和热透镜效应以外,抽运、冷却结构对获得高光束质量、高功率激光输出至关重要。基于热传导方程,在相同的抽运功率和传导冷却边界条件下,对单侧面抽运锯齿形(zigzag)板条、单侧面键合锯齿形板条、部分抽运板条三种不同抽运结构的温度分布、热致应力、温度导致的折射率变化进行了详细的分析,并通过光线追迹方法,比较了光束在锯齿形面内和垂直于锯齿形面内的光程差,由光程差曲线分析了激光束的热透镜效应。对三种抽运结构的端面温度、端面变形和端面变形导致的光程差也进行了对比分析。结果表明,三种抽运结构在锯齿形面内的光束均表现为发散特性,在垂直于锯齿形面内的光束表现为热聚焦效应,温度导致的热聚焦特性相差不是很大。而在消除端面效应方面,键合激光板条具有明显优势。最后,提出了热透镜效应的补偿方法。     

高效微射流阵列冷却热沉的阻力特性

微射流阵列冷却热沉是利用射流冲击在驻点区能产生很薄的边界层来提高换热效率,合理的布置射流孔,可以极大的提高被冷却表面温度分布的均匀性。本次研究设计的热沉是5层结构的模块式铜微射流阵列冷却热沉(微射流孔直径d=0．15 mm),以氮气和去离子水为工质对阻力特性进行了实验研究,并与微射流阵列冷却热沉的理论计算进行了比较。结果表明,在微射流热沉中,热沉的实验压降值低于计算值,热沉总阻力主要是由局部阻力引起的,占到热沉总阻力的90％。     

Power scaling of Tm3+ doped ZBLAN blue upconversion fiber lasers: modeling and experiments

Power scaling of Tm³⁺ doped ZBLAN blue upconversion fiber lasers was investigated by a simple model. Based on our experimental results on blue fiber lasers, we discuss the effects of photodegradation and photocuring, fiber length, the reflectivity of the coupler mirror and fiber core diameter on further enhancement of blue fiber laser, respectively. The optimal parameters (including fiber length, fiber core diameter and the reflectivity of the coupler mirror) for the operation of high power (>1 W) blue fiber laser were presented through simple numerical simulations, which are valuable for the future design of high power blue upconversion fiber laser. PACS 42.55.Wd; 42.60. Lh     

High-power multibeam CO2 laser for industrial applications

Multibeam CO₂ lasers consist of a large number of closely packed parallel glass discharge tubes, all sharing a common plane parallel resonator. This paper describes construction and operation of a CW multibeam CO₂ laser consisting 20 discharge tubes and cooled length of 1500 mm, delivering 1 kW power. A high-frequency pulser is used for producing preionization in all discharge sections for initiating the main DC discharge simultaneously in all discharge tubes. Plane parallel resonator consists of a plane ZnSe mirror of 90 mm diameter having 60% reflectivity and a gold-coated copper mirror of same diameter. This laser operates in waveguide regime and laser power is not critically sensitive to mirror misalignment.     

氟化氢泛频化学激光器的数值模拟

 考虑气体动力学过程、化学反应动力学过程和光腔内受激发射过程之间的相互作用, 建立了氟化氢泛频激光器喷管和光腔流场的二维数值计算模型, 对其进行了全面的模拟, 重点研究了腔内的各种性能参数。